汽車懸架彈簧

汽車懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱。懸架的主要作用是把路面作用於車輪上的垂直反力(支承力)、縱向反力(驅動力和制動力)和側向反力以及這些反力所形成的力矩傳遞到車架(或承載式車身)上，以保證汽車的正常行駛。

懸架主要由彈性元件、導向裝置和阻尼元件（減振器）等三部分組成，如圖2所示。

彈性元件使車架與車橋之間作彈性聯繫，承受和傳遞垂直載荷，緩和及抑制不平路面所引起的衝擊；導向裝置是用來傳遞縱向力、側向力及其力矩，並保證車輪相對於車架或車身有一定的運動規律；減振器用以加快振動的衰減，限制車身和車輪的振動。由此可見，上述三個組成部分分別起緩衝、導向和減振作用，三者聯合起到共同傳力的作用。為防止車身在不平路面行駛或轉向時發生過大的橫向傾斜，部分汽車還裝有輔助彈性元件—橫向穩定器和平衡杆。

常見的汽車懸架系統中採用的彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭杆彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧等幾種結構形式。 ^[1] 

鋼板彈簧是汽車懸架中應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，如圖3所示。

鋼板彈簧的第一片（最長的一片）稱為主片，其兩端彎成卷耳，內裝由青銅或塑料、橡膠、粉末冶金等製成的襯套，以便於用彈簧銷固定在車架上的支架或吊耳座上形成鉸鏈連接。鋼板彈簧的中部一般用U型螺栓固定在車橋上。

主片卷耳受力嚴重，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，在主片卷耳和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，而採用其他的支撐連接方式。

鋼板彈簧在載荷作用下變形時，各片之間由於相對滑動而產生摩擦，可以促進車架振動的衰減。單個片間的幹摩擦，將使車輪所受的衝擊在很大的程度上傳給車架，即降低了懸架緩和衝擊的能力並使彈簧各片加速磨損，這是不利的。為了減少摩擦片的磨損，在裝合鋼板彈簧時，各片間須塗上較稠的潤滑劑（石墨潤滑脂），並應定期進行保養。為了在使用期間長期儲存潤滑脂和防止污染，有時將鋼板彈簧裝在護套內。

近年來，在國內外越來越多的汽車上採用了變截面鋼板彈簧，它是由單片或2~3片變厚度斷面的彈簧片構成的，如圖4所示。

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量大、性能差（由於片間摩擦的存在，影響了汽車的行駛平順性）的缺點。據統計，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量40%~50%。因此，這種彈簧對實現車輛的輕量化、節約能源和節約合金彈簧鋼材大為有利，故應用日漸廣泛。

螺旋彈簧廣泛應用於獨立懸架，特別是前輪獨立懸架中。然而，在有些轎車的後輪非獨立懸架中，其彈性元件也採用螺旋彈簧。螺旋彈簧和鋼板彈簧相比較具有以下優點：無需潤滑，不忌泥污它所需的縱向安裝空間不大；彈簧本身的質量小。

螺旋彈簧本身沒有減震作用，因此在螺旋彈簧懸架中必須另裝減震器。此外，螺旋彈簧只能承受垂直載荷，故必須裝設導向機構以傳遞垂直力以外的各種力和力矩。

螺旋彈簧由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，後者剛度是可變的。

扭杆彈簧本身是一根由彈簧鋼製成的扭杆。扭杆端面通常為圓形，少數為矩形和管型，其兩端形狀可以做成花鍵、方形、六角形或帶有平面的圓柱形等，以便一端固定在車架上，另一端固定在懸架的擺臂上，擺臂則與車輪相連。

當車輪跳動時，擺臂便繞着扭杆軸線而擺動，使扭杆產生彈性變形，藉以保證車輪與車架的彈性聯繫。有的扭杆有一些矩形斷面的薄條（扭片）組合而成，這樣，彈簧更為柔軟。扭杆彈簧由鉻釩合金彈簧鋼製成，其表面經過加工後很光滑。使用中必須很好地保護扭杆表面，通常在扭杆彈簧表面塗一層環氧樹脂，包一層玻璃纖維布，再塗一層環氧樹脂，最後塗以瀝青和防鏽油漆，以防碰撞、刮傷和腐蝕，從而可提高扭杆彈簧的使用壽命。

氣體彈簧是在一個密封的容器中充入壓縮氣體，利用氣體的可壓縮性實現其彈簧作用的。這種彈簧的剛度是可變的，因為作用在彈簧上的載荷增加時，容器內的定量氣體受壓縮，氣壓升高，則彈簧的剛度增大；反之，當載荷減小時，彈簧內的氣壓下降，剛度減小，故它具有比較理想的變剛度特性。

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分，油氣彈簧包括單氣室油氣彈簧，雙氣室油氣彈簧，兩級壓力式油氣彈簧。

橡膠彈簧是利用橡膠本身的彈性來起彈性元件的作用。他可以承受壓縮載荷與扭轉載荷。其優點是單位質量的蓄能量較金屬彈簧多，隔聲性能好，工作無噪聲，不需要潤滑。由於橡膠的內摩擦較大，因此橡膠彈簧具有一定的減震能力。橡膠彈簧多用作懸架的副簧和緩衝塊。 ^[2]