彈性元件

汽車懸架系統(tǒng)中采用的彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧和橡膠彈簧等。

鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長(厚度可以相等，也可以不相等)的合金彈簧片組合而成的一根近似等強度的彈性梁，其一般構(gòu)造如圖1所示。

鋼板彈簧3的第一片(最長的一片)稱為主片，其兩端彎成卷耳1，內(nèi)裝青銅或塑料、橡膠、粉末冶金制成的襯套，以便用彈簧銷與固定在車架上的支架或吊耳作鉸鏈連接。鋼板彈簧的中部一般用U形螺栓固定在車橋上。

中心螺栓4用以連接各彈簧片，并保證裝配時各片的相對位置。中心螺栓距兩端卷耳中心的距離可以相等(稱為對稱式鋼板彈簧，如圖1所示)，也可以不相等(稱為非對稱式鋼板彈簧)。

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，各個力的方向和作用點如圖1)中箭頭所示。各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢。這時，車橋和車架便互相靠近。當(dāng)車橋與車架互相遠(yuǎn)離時，鋼板彈簧所受的正向垂直載荷和變形便逐漸減小，有時甚至?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，常將第二片末端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面稱為包耳。為了使得在彈簧變形時各片有相對滑動的可能。在主片卷耳與第二片包耳之間留有較大的空隙。有些懸架中的鋼板彈簧兩端不做成卷耳，而采用其他的支承連接方式，如橡膠支承墊。

連接各片的構(gòu)件，除中心螺栓以外，還有若干個彈簧夾2(亦稱回彈夾)，其主要作用是當(dāng)鋼板彈簧反向變形(即反跳)時，使各片不致互相分開，以免主片單獨承載，此外，還可防止各片橫向錯動。彈簧夾用鉚釘鉚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5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，各片可以相互滑移。鋼板彈簧在載荷作用下變形時，各片之間有相對滑動而產(chǎn)生摩擦，可以促進(jìn)車架振動的衰減。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。為減少彈簧片的磨損，在裝合鋼板彈簧時，各片間須涂上較稠的潤滑劑(石墨潤滑脂)，并應(yīng)定期進(jìn)行保養(yǎng)。為了在使用期間內(nèi)長期儲存潤滑脂和防止污染，有時將鋼板彈簧裝在護(hù)套內(nèi)。

前已述及，鋼板彈簧本身還能兼起導(dǎo)向機構(gòu)的作用，并且由于彈簧各片之間的摩擦而起到一定的減振作用。為了保證在彈簧片間產(chǎn)生定值摩擦力以及消除噪聲，可在彈簧片之間夾人塑料墊片。如某些高級轎車后懸架的彈性元件采用鋼板彈簧時，常采用此種結(jié)構(gòu)。

許多國家的汽車上采用了一種由單片或2-3片 變厚度斷面的彈簧片構(gòu)成的少片變截面鋼板彈簧，其彈簧片的斷面尺寸沿長度方向是變化的，片寬保持不變。這種少片變截面鋼板彈簧克服了多片鋼板彈簧質(zhì)量大，性能差(由于片間摩擦的存在，影響了汽車的行駛平順性)的缺點。據(jù)統(tǒng)計，在兩種彈簧壽命相等的情況下，少片變截面鋼板彈簧可減少質(zhì)量。

螺旋彈簧廣泛地應(yīng)用于獨立懸架，特別是前輪獨立懸架中。然而在有些轎車的后輪非獨立懸架中，其彈性元件也采用螺旋彈簧(圖2)。螺旋彈簧與鋼板彈簧比較，具有以下優(yōu)點:無需潤滑，不忌泥污;安置它所需的縱向空間不大;彈簧本身質(zhì)量小。

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)向機構(gòu)以傳遞垂直力以外的各種力和力矩。

螺旋彈簧用彈簧鋼棒料卷制而成，可做成等螺距或變螺距。前者剛度不變，后者剛度是可變的。

扭桿彈簧本身是一根由彈簧鋼制成的桿 (圖3)。扭桿斷面通常為圓形，少數(shù)為矩形或管形。其兩端形狀可以做成花鍵、方形、六角形或帶平面的圓柱形等等，以便一端固定在車架上，另一端固定在懸架的擺臂2上。擺臂則與車輪相連。當(dāng)車輪跳動時，擺臂便繞著扭桿軸線而擺動，使扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，借以保證車輪與車架的彈性聯(lián)系。有的扭桿由一些矩形斷面的薄條(扭片)組合而成，這樣，彈簧更為柔軟。

扭桿彈簧系用鉻釩合金彈簧鋼制成，其表面經(jīng)過加工后很光滑。使用中必須對扭桿表面很好保護(hù)，通常在扭桿彈簧表面上涂有環(huán)氧樹脂，包一層玻璃纖維布，再涂一層環(huán)氧樹脂，最后涂以瀝青和防銹油漆，以防碰撞、刮傷和腐蝕，從而可提高扭桿彈簧的使用壽命。

扭桿彈簧在制造時，經(jīng)熱處理后預(yù)先施加一定的扭轉(zhuǎn)力矩載荷，使之產(chǎn)生一個永久的扭轉(zhuǎn)變形，從而使其具有一定的預(yù)應(yīng)力。左、右扭桿的預(yù)加扭轉(zhuǎn)的方向都與扭桿安裝在車上后承受工作載荷時扭轉(zhuǎn)的方向相同。其目的是減小工作時的實際應(yīng)力，以延長扭桿彈簧的使用壽命。如果左、右扭桿換位安裝，則將使扭桿彈簧的預(yù)先扭轉(zhuǎn)方向與工作時扭轉(zhuǎn)方向相反，導(dǎo)致扭桿彈簧的實際工作應(yīng)力加大，而使用壽命縮短，因此左、右扭桿彈簧不能互換。為此，左、右扭桿刻有不同的標(biāo)記。

扭桿彈簧本身的扭轉(zhuǎn)剛度雖然是常數(shù)，但采用扭桿彈簧的懸架由于有導(dǎo)向機構(gòu)的緣故，其懸架剛度卻是可變的。

氣體彈簧

氣體彈簧有空氣彈簧和油氣彈簧兩種。

空氣彈簧又有囊式和膜式之別。

①囊式空氣彈簧。由橡膠氣囊、上蓋板、下蓋板，以及腰環(huán)等組成。橡膠氣囊用夾有簾線的橡膠制成，氣囊上、下端裝有蓋板與氣囊一同構(gòu)成。氣囊可以做成單曲、雙曲和多曲氣囊，在節(jié)與節(jié)之間裝有腰環(huán)，腰環(huán)用來防止對氣囊充氣時，因壓力升高，氣囊產(chǎn)生徑向膨脹變形。橡膠氣囊充氣后利用氣體可壓縮的特點，實現(xiàn)彈簧作用。當(dāng)作用在彈簧上的載荷增加時，氣囊內(nèi)的氣體受壓，氣壓升高，則彈簧剛度增加。當(dāng)載荷減小時，氣囊內(nèi)的氣體減壓，剛度減小。因此空氣彈簧的剛度是可變的。

②膜式空氣彈簧。由橡膠膜片、蓋板、底座等組成。膜式空氣彈簧工作原理與囊式空氣彈簧的相同，只是膜式空氣彈簧的剛度較囊式空氣彈簧的小，尺寸小，在車上容易安裝，但制造困難，壽命短。

空氣彈簧質(zhì)量小，壽命長，一旦漏氣彈簧失效，與鋼板彈簧比較占用汽車橫向方向尺寸多，因此布置困難?？諝鈴椈芍荒艹惺艽怪陛d荷作用，因此選用空氣彈簧作為彈性元件，懸架還必須裝減振器、導(dǎo)向機構(gòu)等，如圖4所示。

油氣彈簧由氣體、油氣隔膜、油液、工作缸、活塞等組成。分為油氣分隔式和油氣不分隔式兩種，如圖5所示。

單氣室油氣分隔式油氣彈簧的球形氣室固定在工作缸上。油氣隔膜位于球形氣室和工作缸中間，用來防止油液乳化。在球形氣室內(nèi)充入高壓氮氣，構(gòu)成氣體彈簧，起彈性元件作用。在工作缸內(nèi)充有油液，如在工作缸內(nèi)安裝有節(jié)流閥，它所提供的阻尼力又使油氣彈簧兼有減振作用。球形氣室和活塞桿的端部分別固定在車架和車橋上。

油氣彈簧的工作原理是當(dāng)載荷增加時車架與車橋間的距離縮短，即活塞向上移動并推油液壓迫油氣隔膜向高壓氮氣室移動，于是氣室容積減小，氮氣壓力升高，彈簧剛度增大，隨之車架下降速度減慢。當(dāng)外界載荷與氮氣壓力平衡時，活塞停止上移，車架與車橋的相對位置不變。當(dāng)載荷減少時在高壓氮氣壓力作用下，油氣隔膜向下移動并推油液活塞下移，使氣室容積增加，氮氣壓力降低，彈簧剛度減小，同時車架與車橋間拉開距離的速度也減小，直至外界載荷與氮氣壓力平衡時，車架與車橋間的距離停止變化。

油氣彈簧的特點是具有變剛度特性，兼起減振器作用，用于載質(zhì)量大些的商用貨車上時體積與質(zhì)量比鋼板彈簧小。但一旦漏氣或漏油將失去作用，所以對密封要求高。油氣彈簧只能承受垂直載荷，故選用油氣彈簧作彈性元件的懸架還必須裝置導(dǎo)向機構(gòu)。油氣彈簧主要應(yīng)用于載質(zhì)量大些的商用貨車和自卸車上。

由橡膠制成。為增加彈簧行程，常將它做成中空狀。橡膠彈簧具有隔音、工作無噪聲、不要潤滑和變剛度等優(yōu)點。但有易老化、怕油污和行程小，以及只能承受壓縮和扭轉(zhuǎn)載荷等缺點。橡膠彈簧主要用于做副簧和緩沖塊。

彈性元件能夠完成變換隔離密封補償儲能和連接等各種不同的功能由于它結(jié)構(gòu)簡單制造容易價格低廉種類繁多故應(yīng)用極為廣泛機器電氣元件許多儀器儀表和生活用具都要應(yīng)用彈性元件巧妙地完成其重要的功能在一些儀器儀表中它是主要的基礎(chǔ)元件之一特別是以它作為敏感元件時其質(zhì)量直接影響儀器儀表的可靠性和工作精度各種彈性元件利用各自的結(jié)構(gòu)特點不同的制造材料和變形來完成不同的功能

彈性元件在工作中具有兩種基本效應(yīng) 彈性效應(yīng)和非彈性效應(yīng)，所謂彈性效應(yīng)是指彈性元件的變形僅僅是由于受載荷的影響所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，其具體參數(shù)為體現(xiàn)載荷和變形的剛度和靈敏度。而非彈性效應(yīng)是指彈性元件的變形受其他因素，如時間、溫度、材料性質(zhì)等的影響所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，如彈性滯后、彈性后效和松弛等、溫度變化能使彈性元件的彈性模量和幾何尺寸產(chǎn)生變化。

波紋管彈性元件廣泛應(yīng)用于儀表及電動儀表中作為敏感元件、機械設(shè)備中作密封元件、也可作為兩種介質(zhì)的隔離裝置、在管路中作為溫度補償器、也可用于氣動附件及電子工業(yè)、真空開關(guān)等方面。