悬架弹簧简介

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常见的悬架弹簧有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧和油气弹簧等。本文将分别进行概括总结。

一、钢板弹簧

主要包括以下9个知识点：

1、结构简单、制造维修方便；除了作为弹性元件外，还可兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用；两点支承也使其受力合理；明显不足是单位质量的储能密度小，相同最大许用应力下约为螺旋弹簧的18%、扭杆弹簧的21%。

2、钢板弹簧的疲劳破坏总是始于受拉伸的上表面。通常认为许用压应力大于许用拉应力，其比值为1.27~1.3。

3、板簧端部的支承型式分为卷耳和滑板两大类，多数板簧为一端固定的卷耳，另一端为摆动的吊耳。

4、多片簧的设计计算可分为四步，第一，根据总布置给定的载荷、刚度要求和板簧长度、宽度的限制和最大许用应力初选参数；第二，综合考虑板簧总成的弧高要求和各叶片的工作应力及总应力的分布，并计入喷丸、预压等的影响，确定各片长度及自由状态下的曲率半径；第三，对各片的应力状况进行详细计算；第四，校核极限工况下板簧的应力及卷耳、弹簧销的强度。

5、叶片的厚度与弹簧长度的平方成正比，为了保证卷耳有足够的强度，应尽量选择较大的长度以使厚度也变大。

6、采用非对称板簧时，其前段的长度比后段小，刚度大于后段，这就有助于提高汽车制动时的抗点头和加速时的抗垂尾性能。

7、当板簧的总截面系数和各片厚度一定时，减少片数则需加大片宽，但片宽过大会使车身侧倾时板簧叶片的扭应力增大，尤其是主片；而减少片宽则需增多叶片数，从而使片间摩擦力增大并增大了板簧总成的厚度。板簧片数常为6~14片。

8、当板簧各片的厚度不等时，为了加强主片及卷耳，主片应最厚，使其应力在不采取措施时最大。同时，为使各片的工作应力趋于接近，各片采用了不同的自由状态下的曲率半径，以便使各片在螺栓夹紧而具有共同曲率后，得到不同的预应力值。

9、在进行板簧强度分析时，常将其视为悬臂梁，板簧设计的目的之一是要使其接近“等应力”梁，以减小其重力，提高材料利用率。

主要包括以下3个知识点：

1、与板簧相比，扭杆本身的单位质量贮能量高，可节省材料。同时，扭杆固定在车架上，减小了非悬挂质量，有利于提高汽车的平顺性。

2、当用于前驱车的前悬架时，扭杆可以纵向布置，为前驱动桥的摆动半轴腾出空间。

3、制造成本高，且扭杆仅能起弹性元件作用，须有导向机构，使悬架设计复杂化了。

三、螺旋弹簧

主要包括以下3个知识点：

1、作为弹性元件，起结构简单、制造方便及有高的比能容量，因此应用普遍，特别是在轿车中，可以满足良好舒适性的要求和悬架导向机构在大摆动量下仍具有保持车轮定位角的能力。

2、可在弹簧内部安装减振器、行程限位器或导向柱，使结构紧凑。

3、细高的弹簧在大载荷作用下会失稳，失稳的临界载荷不仅与其高度和直径的比值λ有关，还与弹簧两端的支承方式有关。对于钢丝截面为圆形的弹簧，其相对变形量f/H₀须小于如下临界值：

(f/H₀)_cr=0.811*[1+(1-6.89*(C₀/λ)²)^1/2]

其中，f为一定载荷下的变形，H₀为弹簧的自由高度，C₀为系数（如图1所示）。

四、空气弹簧

主要包括以下5个知识点：

1、作为空气悬架的弹性元件，空气弹簧是由夹有帘线层的橡胶和充入其内腔的压缩空气组成。这种悬架除弹性元件、减振器和导向机构外，一般还有车身高度调节装置。

2、空气弹簧可以设计得比较柔软，因而可以得到较低的固有频率，其变刚度特性也使此频率在较大的载荷变化范围内保持不变，从而提高了行驶平顺性。此外，空气弹簧寿命长、质量小、噪声低。

3、空气弹簧结构复杂，需要增加压气机和气阀等零件，价格高、空气弹簧尺寸大，不便于布置；需要专门的导向机构来传递侧向力、纵向力及制动和驱动力矩。

4、以囊式空气弹簧为例，其刚度由两部分组成，分别由气体体积的变化和有效面积的变化而引起。分析可知，要想获得较软的刚度，应增大静平衡位置时的容积，但布置上又不允许占用过高的空间，因而常采用增加辅助气室的方法增大容积，使刚度减小。

5、增加辅助气室可使刚度特性更加理想，但辅助气室的容积一般不超过弹簧容积的3倍。

五、油气弹簧

是空气弹簧的一种特例，其弹性元件是密封在工作气室的惰性气体（一般为氮气）。但在气体与活塞之间引入了油液作为传力介质，并常用弹性橡胶膜将气体与油液隔开，如图2所示。

油气弹簧可以有更高的工作压力，常为5~7MPa，最高可达20MPa。因此同样工作条件下，油气弹簧可以尺寸更短、质量更小，便于布置。

缺点是对密封的要求高，由于气体的泄漏，需要专门的充气装备。常用于重型汽车。