汽车四轮定位教程：弹簧形式和应用

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。

汽车悬架上的弹簧如图1-6所示。

弹簧是由弹性材料制成的，如钢、橡

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图1-6　悬架上的弹簧

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，同时给驾驶人带来驾驶问题。

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，如图1-7所示。

图1-7　弹簧的形式

2.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。典型的扭杆弹簧如图1-8所示。

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，如图1-9所示。

图1-8　典型的扭杆弹簧

图1-9　扭杆弹簧的应用

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

螺旋弹簧相当于一个扭力杆绕着一个圆柱被卷绕成螺旋形，如图1-10所示。当螺旋弹簧上下移动时，压缩和回弹使弹簧丝发生扭曲。在其扭曲时，弹簧变短；解旋或放松时弹簧变长。螺旋弹簧是由弹簧钢制成的。内部缺陷和金属材料表面的沟痕，使弹簧在该处变得脆弱。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。(www.xing528.com)

特别提示：

∗ 当螺旋弹簧出现磨损和松弛时，必须成对更换。

图1-10　典型的螺旋弹簧

通常以弹性比率来识别螺旋弹簧的性能。弹性比率是指当螺旋弹簧压缩1in（1in=25.4mm）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，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，我们希望当汽车受到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，弹簧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（图1-11）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。

图1-11　螺旋弹簧的形式

4.板簧

板簧通常由弹簧钢制成，如图1-12所示。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，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。中心螺栓穿过弹簧板和车轴定位孔，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板组合而成。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。

图1-12　典型的板簧

5.空气弹簧

空气弹簧是一个充以空气的橡胶气囊，如图1-13所示。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。

图1-13　典型的空气弹簧

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，随气体体积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，一旦发生漏气，汽车将无法行驶。