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汽车减振器设计与特性仿真:弹簧类型及特点

时间:2023-08-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,应用最多的是螺旋弹簧和钢板弹簧。图1-3 车辆悬架螺旋弹簧图1-4 钢板弹簧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、渐变刚度弹簧等。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。当载荷小时,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。如图1-5所示,便可得到二级刚度钢板弹簧。

汽车减振器设计与特性仿真:弹簧类型及特点

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车型)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。目前,应用最多的是螺旋弹簧和钢板弹簧。

1.螺旋弹簧

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1-3所示。

2.钢板弹簧

钢板弹簧由若干片钢板组合在一起,由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状,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硬派越野车及中大型的货车,如图1-4所示。

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图1-3 车辆悬架螺旋弹簧

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图1-4 钢板弹簧

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、渐变刚度弹簧等。

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,采用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,其刚度也略有改变。当载荷小时,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。(www.xing528.com)

(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,在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悬架中,大都采用钢板弹簧的悬架,而不安装单独的减振器。但是各片钢板之间的干摩擦,将使车轮所受的冲击在很大程度上传给了车架,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,如在某些高级轿车的后悬架钢板弹簧,就采用了这种结构。

(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,主、副钢板弹簧用U形螺栓固定装到后桥上,其中,主钢板弹簧上端的连接如前所述,副钢板弹簧两端平直。如图1-5所示,便可得到二级刚度钢板弹簧。

由图1-5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1-6所示。

由图1-6可知,渐变刚度钢板弹簧的主钢板弹簧较薄,刚度小,挠度大,而副钢板弹簧较厚,刚度大,挠度小,主、副钢板弹簧通过中心螺栓叠加在一起,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。

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图1-5 二级刚度的主、副钢板弹簧悬架

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图1-6 渐变刚度钢板弹簧悬架

1—主钢板弹簧 2—副钢板弹簧 3—中心螺栓

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