彈性元件

為了緩和沖擊，在汽車行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架（或車身）之間作彈性聯(lián)系。懸架采用的彈性元件常見有鋼板彈簧、螺旋彈簧、空氣彈簧和油氣彈簧。

避震彈簧工作原理

1、鋼板彈簧

鋼板彈簧由一組彎曲彈簧鋼片從短至長(zhǎng)依次疊放而組成。這些重疊鋼板在中心點(diǎn)用一枚U型中心螺栓或鉚釘固定在一起。此外，為了防止鋼板滑出原位，還用夾箍（彈簧夾）在幾個(gè)地方將其固定。將最長(zhǎng)的一條鋼板（主鋼板）的兩端彎成彈簧卷耳（內(nèi)裝青銅或塑料、橡膠、粉末冶金制成的襯套），用于將彈簧裝在車架或構(gòu)件（如側(cè)梁上）上。如下圖所示。

鋼板彈簧

中心螺栓用以連接各彈簧片，并保證裝配時(shí)各片的相對(duì)位置。中心螺栓距兩端卷耳中心的距離可以相等（稱對(duì)稱式鋼板彈簧），也可以不相等（稱非對(duì)稱式鋼板彈簧）。

當(dāng)鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時(shí)，各個(gè)力的方向和作用點(diǎn)如圖中箭頭所示。各彈簧鋼板都受力變形，有向上拱起的趨勢(shì)。這時(shí)，車橋和車架遍互相靠近。當(dāng)車橋與車架互相原離時(shí)，鋼板彈簧所受的正向垂直載荷和變形逐漸減小，有時(shí)甚至?xí)聪颉?/p>

主片卷耳受力嚴(yán)重，是薄弱處，為改善主片卷耳的受力情況，常將第二片卷耳末端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面（亦稱包耳）。為了使得在彈簧變形時(shí)各片有相對(duì)滑動(dòng)的可能，在主片卷耳 與第二片包耳之間留有較大的空隙。

連接各片的構(gòu)件，除中心螺栓以外，還有若干個(gè)夾箍（彈簧夾），其主要作用是當(dāng)鋼板彈簧反向變形（即反跳時(shí)），使各片不致互相分開，以免主片單獨(dú)承載。此外，還可防止各片橫向錯(cuò)動(dòng)。彈簧夾用鉚釘接在與之相連的最下面彈簧片的端部。彈簧夾的兩邊用螺栓連接，在螺栓上有套管頂住彈簧夾的兩邊，以免將彈簧片夾得過緊。在螺栓套管與彈簧片之間有一定間隙（不小于1.5mm）。以保證彈簧變形時(shí)，各片可以相互滑動(dòng)。

鋼板彈簧在載荷作用下變形時(shí)，各片之間有相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，可以促進(jìn)車架振動(dòng)的衰減。但各片間的干摩擦，將使車輪所受的沖擊在很大的程度上傳給車架，即降低了懸架緩和沖擊的能力，并使彈簧各片加速磨損，這是不利的。為了減少?gòu)椈善哪p，在裝合鋼板彈簧時(shí)，各片間須涂上較稠的潤(rùn)滑劑（石墨潤(rùn)滑脂），并應(yīng)定期進(jìn)行保養(yǎng)。為了在使用期間內(nèi)長(zhǎng)期儲(chǔ)存潤(rùn)滑脂和防止污染，有時(shí)將鋼板彈簧裝在護(hù)套內(nèi)。

一般來說，鋼板彈簧越長(zhǎng)就越軟。此外，鋼板彈簧中鋼板數(shù)目越多，其承重能力越強(qiáng)。但從另一角度來看，彈簧會(huì)變硬而有損乘坐舒適。

在載荷變化很大的卡車及許多其它車輛中，都使用了副鋼板彈簧。副鋼板彈簧安裝在主鋼板彈簧上面。在輕載荷時(shí)，只有主彈簧工作；當(dāng)載荷超過一定數(shù)量時(shí)，主、副彈簧一起工作。

2、螺旋彈簧

螺旋彈簧廣泛地用于獨(dú)立懸架，特別是前輪獨(dú)立懸架。將特殊的彈簧鋼桿卷成螺旋狀，就成了螺旋彈簧。可做成等螺距或變螺距。前者剛度不變，后者剛度是可變的。在螺旋彈簧上施加載荷時(shí)，隨著彈簧的收縮，整條鋼桿扭曲。這樣便貯存了外力的能量，緩沖了震動(dòng)。

螺旋彈簧本身沒有減振作用，因此在螺旋彈簧懸架中必須另裝減振器。此外，螺旋彈簧只能承受垂直載荷，故必須裝設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以傳遞垂直力以外的各種力和力矩。

（1）變剛度彈簧

如果用直徑均勻的彈簧鋼桿制成螺旋彈簧，則整條彈簧依載荷量的改變而均勻彎曲。這樣，如果使用軟彈簧，則其硬度不足以負(fù)重載；如使用硬彈簧，則在輕載時(shí)，又會(huì)顛簸。

但如果使用直徑恒定變化的鋼桿，彈簧兩端的彈簧常數(shù)便會(huì)低于彈簧中間的彈簧常數(shù)。因此，在輕載時(shí)，彈簧兩端收縮，吸收路面震動(dòng)。另一方面，彈簧中間部分有足夠硬度來承擔(dān)重載。

（2）節(jié)距不均勻彈簧、錐形彈簧

（3）螺旋彈簧的特點(diǎn)

① 與鋼板彈簧相比，冥單位重量的能量吸收率較高。

② 可以制成軼彈簧。

③ 由于沒有像鋼板彈簧那樣的板片間摩擦，彈簧本身不能控制振蕩，所以需要與減震器一起使用。

④ 由于對(duì)橫向力沒有阻力，故需要使用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(懸架臂、橫控制桿等)支承車橋。

3、扭桿彈簧

扭桿彈簧

扭桿彈簧(通常簡(jiǎn)稱為扭桿)是用其自身扭轉(zhuǎn)彈性抵抗扭曲力的彈簧鋼桿。扭桿的一端固定在車架或車身其他構(gòu)件上，另一端連在受到扭力載荷的部件上。 扭桿彈簧也用于制造穩(wěn)定桿。

扭桿彈簧特點(diǎn)：

① 與其它彈簧相比，真單位重量的能量吸收率較高，所以可減輕懸架的重量。

② 可簡(jiǎn)化懸架條統(tǒng)的配置。

③ 與螺旋彈簧一樣，扭桿彈簧也不能控制振蕩，所以需要與減震器一起使用。

4、 橡膠彈簧

當(dāng)橡膠彈簧由于外力而變形時(shí)，便產(chǎn)生內(nèi)部摩擦，以吸收振 動(dòng)。橡膠彈簧的優(yōu)點(diǎn)包括：1.可以制成任何形狀；2.使用時(shí)無噪音；3.不需要潤(rùn)滑。但橡膠彈簧不適于支承重載荷。所以，橡膠彈簧主要用作輔助彈簧，或用作懸架部件的襯套、墊片、墊塊、擋塊反真它支承件。

橡膠彈簧

5、氣體彈簧

氣體彈簧主要有空氣彈簧和油氣彈簧兩種。氣體彈簧是以空氣做彈性介質(zhì)，即在一個(gè)密閉的容器內(nèi)裝入壓縮空氣（氣壓為0.5~1MP a ），利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈簧的作用?？諝鈴椈捎挚煞譃槟沂胶湍な絻煞N，這種彈簧隨著載荷的增加，容器內(nèi)壓縮空氣壓力升高，其剛度也隨之增加；載荷減少，剛度也隨空氣壓力降低而下降，因而這種彈簧具有理想的變剛度特性。

氣體彈簧

囊式空氣彈簧由夾有簾線的橡膠制成的氣囊和密閉在其中的壓縮空氣構(gòu)成。氣囊外層由耐油橡膠制成單節(jié)或多節(jié)，節(jié)數(shù)越多彈簧越軟，節(jié)與節(jié)之間圍有鋼質(zhì)腰環(huán)，防止兩節(jié)之間，摩擦。氣囊上下蓋板將空氣封于囊內(nèi)。

膜式空氣彈簧由橡膠片和金屬壓制件組成。它比氣囊空氣彈簧的彈性曲線更為理想，固有頻率更低些，且尺寸小，便于布置，因而多用于小轎車上。但其造價(jià)較貴，壽命較短。如下圖所示。

油氣彈簧以氣體（如氮等惰性氣體）作為彈性介質(zhì)，用油液作為傳力介質(zhì)，利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈簧作用。

球形室固定在工作缸上，室內(nèi)腔用橡膠隔膜將油與氣隔開，充人高壓氮?dú)獾囊粋?cè)為氣室，與工作缸相同而充滿油液的一側(cè)為油室。工作缸內(nèi)裝有活塞和阻尼閥及閥座。

當(dāng)汽車受到載荷增加變化時(shí)，活塞向上移動(dòng)，使工作缸內(nèi)油壓升高，打開阻尼閥進(jìn)人球形室下部，推動(dòng)隔膜向氣室方向移動(dòng)，氣室受到壓縮壓力升高，使油氣彈簧剛度增加。當(dāng)載荷減小時(shí)，氣室內(nèi)的高壓氮?dú)馍鞚q，使隔膜向下方（油室）移動(dòng)，油液通過阻尼閥流回工作缸，活塞下移使油壓降低。隨著汽車行駛中的姿態(tài)變化，工作剛內(nèi)的油壓與氣室內(nèi)的氮?dú)鈮毫σ搽S著之變化，次時(shí)活塞處于工作缸中的不同位置。因此，油氣彈簧有可變剛度的特性。

油氣彈簧具有良好的行駛平順性，而且體積小，質(zhì)量輕。但是對(duì)密封性要求很高，維護(hù)相對(duì)麻煩。目前這種彈簧多用于重型汽車和部分小客車上。

由于空氣和油氣彈簧只能承受垂直載荷，因此采用這種彈簧的懸架也必須加設(shè)導(dǎo)向裝置和減振器。

減振器

減震器結(jié)構(gòu)和原理

汽車在行駛中四個(gè)車輪在垂直方向上會(huì)受到不同力的作用，懸架系統(tǒng)中的彈性元件受沖擊會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)，因此需要在懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，以衰減振動(dòng)，提高汽車行駛的平順性。如下圖所示。

減振器

汽車懸架系統(tǒng)中通常采用液力減振器，其工作原理是當(dāng)車架或車身與車橋間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過不同的空隙流人另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦消耗了振動(dòng)的能量，而對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道載面等因素不變時(shí)，阻尼力隨車架與車橋之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的增減而變化，并與油液粘度孔道的多少及孔道的大小等因素有關(guān)。

彈性元件與減振器承擔(dān)著緩沖和減振的任務(wù)，若阻尼力過大，振動(dòng)衰減變得過快，使懸架的彈性元件的緩沖作用變差，甚至使減振器連接件及車架損壞。一般汽車在行駛中可能處于三種狀態(tài)；第一種是在良好的路面上行駛，此時(shí)要求彈性元件充分發(fā)揮作用；第二種是相對(duì)于汽車承受中等強(qiáng)度的振動(dòng)，這種情況減振器起主導(dǎo)作用；第三種情況是車輛受到劇烈振動(dòng)，這時(shí)與輪胎的接地性有密切關(guān)系。減振器要想在以上三種情況下與彈性元件均能協(xié)調(diào)工作，為此必須滿足以下要求：

（1）在懸架壓縮行程中（車橋和車架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用；

（2）在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠(yuǎn)離）,減振器阻尼力應(yīng)較大，以迅速減振，此時(shí)減振器起主要作用；

（3）當(dāng)車架或車身與車橋間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度過大時(shí)，要求減振器能自如加大流液量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免車架或車身承受過大的沖擊載荷。

在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的液力減振器是筒式減振器，由于其在壓縮和伸張行程中均能起減振作用，因此又稱為雙向作用式減振器。

雙向作用筒式減振器的工作原理。外面的鋼筒是防塵罩，上部有一圈環(huán)與車架（車身）連接。中間的鋼筒是儲(chǔ)油缸，內(nèi)部裝有一定量的減振器油，下部有一圈環(huán)與車橋相連。最里面的鋼筒是工作缸，內(nèi)部裝滿減振器油。在工作缸的內(nèi)部，通過與防塵罩和上部圓環(huán)制成一體的活塞桿，其底端償固定著活塞?；钊涎b有伸張閥和流通閥，在工作缸的下部的底座上裝有壓縮閥和補(bǔ)償閥。為了使減振器能夠滿足工作要求，流通閥和補(bǔ)償閥的彈簧相對(duì)比較軟，較小的油壓便可以打開或關(guān)閉。而壓縮閥和伸張閥的彈簧相對(duì)比較硬，只有當(dāng)油壓增大到一定的程度時(shí)，才能打開；而只要油壓稍有下降，閥門立刻關(guān)閉。如下圖所示。

雙向作用筒式減振器

雙向作用筒式減振器的工作過程如下：壓縮行程時(shí)，此時(shí)減振器被壓縮，汽車車輪移近車身，減振器內(nèi)的活塞向下移動(dòng)，下腔的容積減小，油壓升高。大部分油液沖開流通閥流入上腔，由于上腔被活塞桿占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，于是另一部分油液就推開壓縮閥，流回到儲(chǔ)油缸內(nèi)。油液通過閥孔時(shí)，此時(shí)減振器受拉伸，車輪遠(yuǎn)離車身，這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)，上腔油壓升高，流通閥被關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液壓開伸張閥流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的溶積，促使下腔產(chǎn)生一定的真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開補(bǔ)償閥流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流就對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。

由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)得大于壓縮閥，在同樣力的作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙通道的載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道的載面積總和，這使得減振器伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程時(shí)產(chǎn)生的阻尼力，從而達(dá)到迅速減振的要求。

另外，有些車型的懸架系統(tǒng)采用充氣式減振器和阻尼力可調(diào)式減振器，充氣式減振器。這種減振器的缸筒下部裝有一個(gè)浮動(dòng)活塞，在浮動(dòng)活塞和缸筒一端形成一個(gè)封閉氣室，內(nèi)部裝有高壓氮?dú)?。浮?dòng)活塞（封氣活塞）的上面是油液，活塞上裝有大斷面的O型密封圈，作用是把油和氣完全隔開。在工作活塞運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，從而產(chǎn)生不同的阻尼力。伸張閥和壓縮閥均由一組厚度相同、直徑不等、由大到小排列的彈簧鋼片組成。

與雙向作用筒式減振器相比，充氣式減振器有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用浮動(dòng)活塞而減少了一套閥的系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，重量減輕。

（2）由于減振器里充有高壓氮?dú)?，能減少車輪受突然沖擊時(shí)的振動(dòng)，并可消除噪聲。

（3）于由于充氣式減振器的工作缸和活塞直徑都大于相同條件的雙向作用筒式減振器，因而其阻尼更大，工作可靠性更強(qiáng)。

（4）氣式減振器內(nèi)部的高壓氣體和油液被浮動(dòng)活塞隔開，消除了油的乳化現(xiàn)象。

充氣式減振器的不足之處是油封要求高，充氣工藝復(fù)雜，不易維修，當(dāng)缸筒受外界較大沖擊而變化時(shí)，則不能工作。

 

導(dǎo)向裝置

獨(dú)立懸掛上的彈性元件，大多只能傳遞垂直載荷而不能傳遞縱向力和橫向力，必須另設(shè)導(dǎo)向裝置。如上、下擺臂和縱向、橫向穩(wěn)定器等。穩(wěn)定桿又叫平衡桿；而平時(shí)我們常說的控制臂、叉型臂、擺臂都是汽車懸掛的組件，不過由于結(jié)構(gòu)不同，叫法也不一樣?？刂票凼嵌噙B桿懸掛組件，叉型臂是雙叉臂懸掛的組件，擺臂是麥弗遜懸掛的組件，叉型臂也多用于麥弗遜懸掛的下支臂。

橫向穩(wěn)定器

橫向穩(wěn)定器

現(xiàn)代轎車懸架很軟，既固有頻率很低。汽車高速行使轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向傾斜和側(cè)向角振動(dòng)。為了提高懸架的側(cè)傾角剛度，減小側(cè)傾，常在懸架中加設(shè)穩(wěn)定器。如下圖所示。

橫向穩(wěn)定器

由彈簧鋼制成的橫向穩(wěn)定桿呈U形，安裝在汽車緊靠懸架的前端或后端（有的轎車前后都裝有橫向穩(wěn)定器）。穩(wěn)定桿的中部自由支承在兩個(gè)固定于車架上的橡膠套筒內(nèi)，而套筒固定在車架上，穩(wěn)定桿兩側(cè)縱向部分的末端通過支桿與懸架下擺臂上的彈簧支座相連。

當(dāng)車身受到振動(dòng)而兩側(cè)懸架變形相同時(shí)，橫向穩(wěn)定桿在套管內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)橫向穩(wěn)定桿不起作用。當(dāng)兩側(cè)懸架變形不等，車身相對(duì)路面發(fā)生側(cè)向傾斜時(shí)，彈性的穩(wěn)定桿產(chǎn)生扭桿內(nèi)力矩就阻礙了懸架彈簧的變形，從而減小了車身的側(cè)傾和側(cè)向角振動(dòng)。即車架的一側(cè)移近彈簧下支座，穩(wěn)定桿的同側(cè)末端就相對(duì)車架向上抬起，而另一側(cè)車架遠(yuǎn)離彈簧座，相應(yīng)一側(cè)橫向穩(wěn)定桿的末端應(yīng)相對(duì)車架下移。同時(shí)，橫向穩(wěn)定桿中部對(duì)于車架沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而穩(wěn)定桿兩邊的縱向部分向不同方向偏轉(zhuǎn)，于是穩(wěn)定桿被扭轉(zhuǎn)。