悬架弹簧的软硬对车辆行驶的安全性和乘坐舒适性有重要的影响。弹簧较软的汽车(如林肯城市这样的豪华汽车)可以彻底消除颠簸并提供极平稳的行驶感觉,车辆的舒适性高,但同时在制动和加速过程中易产生俯冲和蹲伏现象,在转弯时易产生侧倾和翻滚趋势,即车辆的安全性差。然而,弹簧较硬的汽车(如马自达Miata)在颠簸路面上的平稳性稍差,乘坐舒适性差,但车身移动非常小,这意味着即使是在转弯处,也可以用较激烈的方式来驾驶,即车辆的行驶安全性高。弹簧系统所用的弹簧主要有螺旋弹簧、钢板弹簧和扭杆弹簧三种。
(1)螺旋弹簧 是最常见的弹簧类型。它其实是一个绕轴盘绕的重型扭杆,通过伸缩来缓冲车轮的运动。螺旋弹簧结构简单,制造容易,应用最为广泛。常见的车辆悬架螺旋弹簧,如图1-21所示。
(2)钢板弹簧 由若干片钢板组合在一起充当一个单元的金属层(称为叶片)组成,即由多片钢板弹簧叠加而成。扁平长方形的钢板呈弯曲形,以数片叠成的底盘用弹簧,一端以销子安装在吊架上,另一端使用吊耳连接到大梁上,使弹簧能伸缩。钢板弹簧起初在马车上使用,直到1985年才在大多数美国汽车上应用。目前适用于一些非承载车身的越野车及大中型的货车上,如图1-22所示。
钢板弹簧的种类主要有多片钢板弹簧、少片变截面弹簧、两级变刚度复式钢板弹簧和渐变刚度弹簧等类型。
图1-21 车辆悬架螺旋弹簧
图1-22 钢板弹簧
钢板弹簧与车架的连接方式有两种,一种是摆动吊耳式连接,另一种是滑板式连接。其中,滑板式连接方式的钢板弹簧一端有卷耳,另一端没有卷耳,插入与车架固定连接的支架内并可滑动。第一片簧片为平直的端头,第二片的端部制有向下的弯角,以免车架剧烈跳动时钢板从支架中脱出。为避免钢板弹簧变形时直接摩擦支架,在后支架上装有滑块和两侧的垫板。由于钢板弹簧变形时,主片上表面与弧形滑块的接触点是变动的,因而钢板弹簧工作长度变化时,其刚度也略有改变。当载荷减小时,钢板弹簧有效长度较长,弹性好;而当载荷增大时,钢板弹簧的有效长度减小,刚度略有增加。
钢板弹簧有摩擦阻尼和变刚度两个特点。
1)摩擦阻尼。由于钢板弹簧在载荷作用下变形时,各片钢板之间有摩擦产生,对车辆振动有衰减作用。因此,对减振要求不高的车辆,如一般中型货车的后悬架或重型货车的悬架,大都采用钢板弹簧,而不安装单独的减振器。但是各片钢板之间的干摩擦会将车轮所受的冲击在很大程度上传给车架,即降低了悬架缓和冲击的能力,并使各钢板之间的磨损加快。为了保证钢板片之间产生定值摩擦力以及消除噪声,可在钢板片之间夹入耐磨的塑料片,如某些高级轿车的后悬架钢板弹簧就采用了这种结构。(www.daowen.com)
2)变刚度。钢板弹簧采用不同的安装方式,可得到二级刚度钢板弹簧和渐变刚度钢板弹簧。
当货车上采用纵置式钢板弹簧非独立悬架时,如果主钢板弹簧的上面叠加副钢板弹簧,二者用U形螺栓固定装到后桥上,其中,主簧上端的连接如前所述,副簧两端平直。如图1-23所示,便可得到二级刚度钢板弹簧。
图1-23 二级刚度的主、副钢板弹簧悬架
由图1-23可知,当汽车载荷不大时,其两端上表面与铆接在车架上的副簧托架之间存在空隙而不接触,故只有主簧起作用,副簧不起作用。当汽车重载或满载时,主簧变形大,副簧与托架接触,此时主、副簧同时工作,悬架刚度随之增大。
为了提高汽车的平顺性,有些轻型货车把副簧置于主簧下面,便形成渐变刚度的钢板弹簧,如图1-24所示。
由图1-24可知,渐变刚度钢板弹簧的主钢板弹簧1较薄,刚度小,挠度大,而副钢板弹簧2较厚,刚度大,挠度小。主、副钢板弹簧通过中心螺栓3叠加在一起,在两端主、副钢板弹簧之间有间隙。因此,当载荷小时,仅有主钢板弹簧起作用,而当载荷增大到一定程度时,副簧开始与主簧逐片接触,悬架刚度也随之平缓变化,从而改善了汽车行驶的平顺性。
图1-24 渐变刚度钢板弹簧后悬架
1—主钢板弹簧 2—副钢板弹簧 3—中心螺栓
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