1.钢板弹簧
钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的弹性组件,它是由若干片不等长但等宽(厚度可以相同,也可不同)的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。图8-12所示为钢板弹簧的一般结构。钢板弹簧中最长的一片称为主片,其两端弯成卷耳,内装衬套,以便用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。各弹簧片用中心螺栓连接,并保证装配时各片的相对位置。中心螺栓距两端卷耳中心的距离可以相等,也可以不相等。若该距离相等,则称为对称式钢板弹簧,如图8-12a所示;若不相等,则称为非对称式钢板弹簧,如图8-12b所示。
当钢板弹簧安装在汽车悬架中,所承受的垂直载荷为正向时,各个力的方向和作用点如图8-12b中箭头所示。各弹簧片都受力变形,有向上拱弯的趋势。这时,车桥和车架便互相靠近。当车桥与车架互相远离时,钢板弹簧所受的正向垂直载荷和变形便逐渐减小,有时甚至会反向。
由于主片卷耳受力严重,是薄弱处,故常将第二片末端也变成卷耳,包在主片卷耳的外面。为了使各片弹簧在变形时能够相对滑动,在主片卷耳与第二片卷耳之间留有较大的空隙。钢板弹簧因载荷而变形,因相对滑动而产生摩擦,可以促进车架振动的衰减,但各片间的干摩擦,将使车轮所受的冲击在很大程度上传给车架,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。为减少弹簧片的磨损,在装合钢板弹簧时,各片间需涂上较稠的润滑剂,并应定期进行保养。钢板弹簧兼起导向机构的作用,弹簧各片之间的摩擦能起到一定的减振作用。在弹簧片之间夹入塑料垫片,能够保证弹簧片间产生定值摩擦力以及消除噪声。如红旗牌轿车的后悬架钢板弹簧,即采用此结构。
近些年来,在许多汽车上采用了一种由单片或2~3片变厚度断面的弹簧片构成的少片变截面钢板弹簧,其弹簧片的断面尺寸沿长度方向是变化的,片宽保持不变。这种弹簧克服了多片钢板弹簧质量大、性能差的缺点。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轻质量40%~50%,因此这种弹簧对实现车辆的轻量化、节约能源和合金弹簧钢材大为有利,故应用日渐广泛。例如我国东风汽车公司生产的EQ1141G型8t货车的前簧和后副簧,以及中国第一汽车集团公司新开发的2t轻型货车的前、后钢板弹簧,均采用了这种少片变截面钢板弹簧。
2.螺旋弹簧
螺旋弹簧广泛应用于以前轮独立悬架为主的独立悬架中。但是有些轿车在其后轮非独立悬架中也采用螺旋弹簧作为弹性组件。
等螺距或变螺距的圆柱形或圆锥形的螺旋弹簧用弹簧钢棒卷制而成。圆柱形等螺距螺旋弹簧的刚度不可变,而圆锥形或变螺距螺旋弹簧的刚度则可以变化。
与钢板弹簧相比,螺旋弹簧不需润滑,不忌泥污,质量较轻,安装时所占纵向空间较小。但螺旋弹簧只能承受垂直载荷。因此,在螺旋弹簧悬架中必须装设导向机构,以承受并传递除垂直力以外的各种力和力矩。另外,螺旋弹簧变形时不产生摩擦力,因而没有衰减振动作用,所以在其悬架中还必须加装减振器。
图8-12 钢板弹簧
a)对称式钢板弹簧 b)非对称式钢板弹簧
图8-13 油气弹簧
3.油气弹簧
油气弹簧实质是以惰性气体(一般为氮气)作为弹性介质,以油液作为传力介质。它一般是由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸所组成。图8-13所示为油气弹簧结构原理示意图。球形室固定在工作缸上,室的内腔用橡胶油气隔膜隔开,一侧充入高压氮气,另一侧与工作缸的内腔相通,并充满了工作液(减振液)。油气隔膜的作用是把作为弹性介质的高压氮气和工作液分开,以免工作液乳化,同时也便于充气和保养。工作缸内装有活塞、阻尼阀及其阀座。(www.xing528.com)
当载荷增加,车架与车桥之间距离缩短时,活塞上移,使充满工作液的内腔容积减小,油压升高,油液顶开阻尼阀进入球形室,推动油气隔膜向具有一定压力的氮气室移动,使气室容积减小,氮气压力升高,油气弹簧的刚度增大。
当载荷减小即推动活塞上移的作用力减小时,在高压氮气作用下,油气隔膜向充满工作液的一侧移动,室内油液经阻尼阀流回工作缸,推动活塞下移,这时气室容积增大,氮气压力下降,弹簧刚度减小。当氮气压力通过油液传递作用在活塞上的力与载荷平衡时,活塞便停止移动。随着载荷的变化,气室内氮气压力也随之变化,工作缸中的活塞相应地处于不同位置。可见,油气弹簧具有变刚度的特性。
由于油液流经阻尼阀时会产生阻尼力,因此油气弹簧还能起减振器的作用。
油气弹簧只能承受垂直载荷。为了传递横向力、纵向力及其力矩,悬架中必须装有横向推力杆和纵向推力杆等导向装置。
油气弹簧能使汽车在空载或满载的情况下,都具有很好的平顺性,而且体积小、质量轻,但油气弹簧对气体和油液的密封要求很高,维护也较复杂。油气弹簧比较适用于重型汽车。
4.扭杆弹簧
扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的杆,如图8-14所示。扭杆断面通常为圆形,少数为矩形或管形,其两端形状可以做成花键方形、六角形或带平面的圆柱形等,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,使扭杆产生扭转弹性变形,借以保证车轮与车架的弹性联系。有的扭杆由一些矩形断面的薄条(扭片)组合而成,这样可以使弹簧更为柔软。
图8-14 扭杆弹簧
a)扭杆弹簧在车上的位置 b)安装结构 c)与摆臂连接
扭杆弹簧用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弹簧表面,通常在扭杆弹簧表面上涂有环氧树脂,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。
在制造扭杆弹簧时,经热处理后预先施加一定的扭转力矩载荷,使之产生一个永久的扭转变形,从而使其具有一定的预应力。左、右扭杆的预扭转方向都与扭杆安装在车上后承受工作载荷时扭转的方向相同,其目的是减小工作时的实际应力,以延长扭杆弹簧的使用寿命。如果左、右扭杆换位安装,则将使扭杆弹簧的预扭转方向与工作时的扭转方向相反,导致扭杆弹簧的实际工作应力加大,从而缩短使用寿命,凶此左、右扭杆弹簧不能互换。为此,左、右扭杆刻有不同的标记。
扭杆弹簧本身的扭转刚度虽然是常数,但由于采用扭杆弹簧的悬架有导向机构的缘故,其悬架刚度却是可变的。
扭杆弹簧单位质量的储能量是钢板弹簧的3倍,也比螺旋弹簧高。凶此,采用扭杆弹簧的悬架质量较小,结构比较简单,也不需要润滑,并且通过调整扭杆弹簧固定端的安装角度,易实现车身高度的自动调节。
此外,扭杆弹簧在汽车上的布置比较方便,它可以与汽车纵轴线平行地布置,也可横向布置。纵向布置时,可以方便地安装满足设计要求长度的扭杆,以保证悬架具有良好的性能。
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