汽车悬架弹簧

汽车悬架系统中的弹性元件

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。

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