汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社第十三章彈簧一、彈簧的類(lèi)型和制造二、彈簧在汽車(chē)中的應(yīng)用第一節(jié)彈簧的類(lèi)型和制造彈簧的類(lèi)型很多,主要有螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、盤(pán)簧、碟形彈簧、渦卷彈簧、板彈簧、膜片彈簧等,這類(lèi)彈簧的制造分為冷加工和熱加工兩種。除此以外,還有空氣彈簧、油氣彈簧、橡膠彈簧等類(lèi)型。一、彈簧的類(lèi)型1.圓柱拉伸、壓縮彈簧(1)圓柱拉伸彈簧如圖13-1a所示,彈簧兩端制成掛鉤,用以承受垂直拉力,且剛度穩(wěn)定,用于控制、壓緊機(jī)構(gòu)中。圖13-1圓柱拉伸、壓縮彈簧a)拉伸彈簧b)剛度不變的壓縮彈簧c)剛度變化的壓縮彈簧(2)圓柱壓縮彈簧圖13-1b所示為等螺距圓柱壓縮彈簧,當(dāng)承受壓力時(shí),剛度無(wú)變化;圖13-1c所示為變螺距圓柱壓縮彈簧,其剛度隨著壓力的變化而變化。前者剛度增加很突然,汽車(chē)行駛平順性不穩(wěn)定;后者剛度是漸變的,提高了汽車(chē)行駛的平順性。圓柱拉伸、壓縮彈簧具有較好的防振和吸振作用,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,在各種機(jī)械中的應(yīng)用非常廣泛。2.圓錐壓縮彈簧圖13-2所示為圓錐壓縮彈簧,其防振能力比變螺距壓縮彈簧強(qiáng),結(jié)構(gòu)緊湊,穩(wěn)定性好,用于承受較大軸向載荷及需緩沖和防振的場(chǎng)合。3.碟形彈簧圖13-3所示為碟形彈簧,其緩沖吸振能力強(qiáng),制造及維護(hù)方便,主要用于重型機(jī)械的緩沖和防振。4.環(huán)形彈簧圖13-4所示為環(huán)形彈簧,它可承受壓力,是目前最強(qiáng)的壓縮緩沖彈簧,制造及維護(hù)方便,常用于重型設(shè)備,如機(jī)車(chē)車(chē)輛和起重機(jī)械中的緩沖裝置。5.扭轉(zhuǎn)彈簧圖13-5所示為扭轉(zhuǎn)彈簧,它承受轉(zhuǎn)矩,用于各種裝置中的壓緊和儲(chǔ)能。6.平面渦卷彈簧圖13-6所示為平面渦卷彈簧,它承受轉(zhuǎn)矩,可儲(chǔ)存較大能量,用于儀表、鐘表等裝置中。7.板彈簧圖13-7所示為板彈簧,它承受彎曲,變形大,吸振能力強(qiáng),主要用于汽車(chē)、拖拉機(jī)和鐵路車(chē)輛的懸架裝置中。圖13-8a所示為空氣彈簧,空氣彈簧是由夾有簾線(xiàn)的橡膠氣囊和在囊內(nèi)的壓縮空氣組成的。氣囊的內(nèi)層用氣密性較好的橡膠制成,外層用耐油橡膠制成。氣囊一般做成兩節(jié),兩節(jié)之間圍有鋼質(zhì)的腰環(huán),使中間部分不會(huì)擴(kuò)張,并能夠防止兩節(jié)之間相互摩擦。圖13-8空氣彈簧和油氣彈簧a)空氣彈簧b)油氣彈簧1—?dú)怏w2—油氣隔膜3—油液4—工作缸5—活塞9.油氣彈簧油氣彈簧是在密閉的容器中,充入壓縮氣體(氮?dú)?和油液,利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈簧作用。油氣彈簧分為油氣分隔式和不分隔式兩種,如圖13-8b所示。二、彈簧的制造及結(jié)構(gòu)形式1.彈簧的制造彈簧的制造包括壓制(碟形彈簧、板彈簧等)、卷繞(圓柱彈簧、渦卷彈簧等)、端部加工、熱處理、工藝試驗(yàn)和強(qiáng)壓處理等過(guò)程。大批量生產(chǎn)時(shí),彈簧的卷制是在自動(dòng)車(chē)床上進(jìn)行的,小批量生產(chǎn)時(shí),常在臥式車(chē)床上或手工卷制。彈簧的卷制分為冷卷和熱卷兩種。當(dāng)彈簧絲直徑小于?10mm時(shí),常用冷卷法。冷卷時(shí),采用冷拉碳素鋼絲在常溫下卷成,不淬火,只經(jīng)低溫回火消除內(nèi)應(yīng)力。熱卷彈簧卷前需先加熱,卷成后進(jìn)行淬火和回火處理。對(duì)于重要的彈簧應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn),以檢驗(yàn)材料和熱處理效果,通過(guò)工藝試驗(yàn)來(lái)鑒定彈簧的質(zhì)量。彈簧表面應(yīng)光潔,沒(méi)有裂紋和傷痕等缺陷。為提高承載能力和疲勞強(qiáng)度,經(jīng)常采用強(qiáng)壓和噴丸處理,使彈簧表面產(chǎn)生有益的殘余應(yīng)力。經(jīng)過(guò)強(qiáng)壓和噴丸處理的彈簧不得再進(jìn)行熱處理。彈簧制作完成后,還需進(jìn)行表面鍍鋅或涂漆的處理。2.彈簧的結(jié)構(gòu)形式大多數(shù)彈簧結(jié)構(gòu)形式較簡(jiǎn)單,其結(jié)構(gòu)參考以上內(nèi)容。下面僅對(duì)圓柱形螺旋拉伸、壓縮彈簧和板彈簧結(jié)構(gòu)加以介紹。(1)圓柱形壓縮彈簧圓柱形壓縮彈簧根據(jù)端結(jié)構(gòu)形式的不同分為YⅠ型、YⅡ型和YⅢ型三種類(lèi)型,如圖13-9所示。其中,YⅠ型兩端磨平且與鄰圈并緊,YⅡ型在熱加工時(shí),兩端圈壓扁且與鄰圈并緊,YⅢ型的兩個(gè)端面并緊不磨平。圖13-9圓柱形壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)a)YⅠ型b)YⅡ型c)YⅢ型在重要場(chǎng)合中,應(yīng)采用兩端磨平并緊的YⅠ型圓柱形壓縮彈簧,使彈簧軸線(xiàn)與支承面垂直,以保證彈簧受壓時(shí)不歪斜,YⅢ型圓柱形壓縮彈簧用于彈簧直徑較大的不重要的場(chǎng)合。(2)圓柱形拉伸彈簧圖13-10所示為圓柱形拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)。圓柱形拉伸彈簧在卷繞時(shí),各圈互相并緊,且端部有掛鉤供安裝和加載用。LⅠ型和LⅡ型的鉤環(huán)直接彎曲而成,常用于彈簧絲直徑不大于?10mm的輕載荷及不重要的場(chǎng)合,LⅦ型和LⅧ型的掛鉤不與彈簧絲連成一體,用于載荷較大的場(chǎng)合。圖13-10圓柱形拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)a)LⅠ型彈簧b)LⅡ型彈簧c)LⅦ型彈簧d)LⅧ型彈簧(3)鋼板彈簧鋼板彈簧是汽車(chē)懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件。鋼板彈簧結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,是將若干片等寬不等長(zhǎng)的合金彈簧片用U形件(彈簧夾)組合在一起的,形成一根近似等強(qiáng)度的彈性梁,其結(jié)構(gòu)如圖13-11所示。圖13-11鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)1—卷耳2—彈簧夾3—板彈簧4—中心螺栓鋼板彈簧最長(zhǎng)的一片稱(chēng)為主片,兩端有卷耳1,內(nèi)裝襯套,通過(guò)銷(xiāo)子與固定在車(chē)架上的支架作鉸接聯(lián)接。在鋼板彈簧中部有螺栓將其固定在車(chē)橋上。為了增加強(qiáng)度,鋼板彈簧第二片末端也制成卷耳,將第一片卷耳包住。鋼板彈簧受壓變形時(shí),片與片之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),因此,第一片與第二片之間留有相應(yīng)的空隙。為了減少摩擦,在安裝時(shí),片與片之間應(yīng)涂上適量的石墨潤(rùn)滑劑。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的汽車(chē)上采用了單片或少片變截面鋼板彈簧,如圖13-12所示。變截面鋼板彈簧的斷面尺寸沿長(zhǎng)度方向是變化的,而片寬保持不變。這種單片或少片變截面的鋼板彈簧質(zhì)量小,節(jié)約能源和節(jié)約材料,克服了鋼板彈簧質(zhì)量大、性能差的缺點(diǎn),其應(yīng)用日益廣泛。圖13-12單片和少片變截面鋼板彈簧a)單片彈簧b)少片彈簧第二節(jié)彈簧在汽車(chē)中的應(yīng)用彈簧在汽車(chē)機(jī)械中作為彈性元件,主要起到緩沖吸振、控制運(yùn)動(dòng)、改善和增強(qiáng)行駛運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性的作用。一、鋼板彈簧的應(yīng)用圖13-13所示為貨車(chē)后懸架,它是由主鋼板彈簧3和副鋼板彈簧2疊合而成的,是中型貨車(chē)后懸架常用的結(jié)構(gòu)形式。從受力而言,主、副鋼板彈簧是并聯(lián)的。圖13-13貨車(chē)后懸架1—車(chē)架2—副鋼板彈簧3—主鋼板彈簧4—車(chē)輪當(dāng)汽車(chē)空載或裝載量不大時(shí),副簧不承受載荷而由主簧單獨(dú)工作。在重載或滿(mǎn)載時(shí),車(chē)架相對(duì)于車(chē)橋下移,車(chē)架與副簧接觸,主、副簧共同參與工作,一起承受載荷而使懸架剛度增大,以保證車(chē)身振動(dòng)頻率不致因載荷增大而變化過(guò)大。二、圓柱形螺旋彈簧的應(yīng)用1.拉伸彈簧的應(yīng)用圓柱形螺旋拉伸彈簧用于調(diào)速器、離合器助力及控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中。圓柱形螺旋拉伸彈簧直徑較小,通常采用簡(jiǎn)化畫(huà)法,如圖13-14所示。圖13-14彈簧助力式離合器控制機(jī)構(gòu)圖13-14所示為彈簧助力式離合器控制機(jī)構(gòu)。助力彈簧5裝在支架板7和可轉(zhuǎn)三角板3上?？赊D(zhuǎn)三角板可繞銷(xiāo)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器處于接合(踏板放松)狀態(tài)時(shí),助力彈簧的軸線(xiàn)位于可轉(zhuǎn)三角板銷(xiāo)軸4的下方。當(dāng)踩下離合器踏板時(shí),通過(guò)長(zhǎng)度可調(diào)推桿2推動(dòng)可轉(zhuǎn)三角板3繞銷(xiāo)軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),助力彈簧對(duì)踏板和可轉(zhuǎn)三角板產(chǎn)生阻力,其阻力隨著踏板下移而減小,當(dāng)可轉(zhuǎn)三角板3轉(zhuǎn)到使彈簧軸線(xiàn)通過(guò)銷(xiāo)軸中心時(shí),阻力消失。踏板繼續(xù)下移時(shí),彈簧的拉力起到了助力作用,在踏板處于最低位置時(shí),彈簧的助力最大。2.壓縮彈簧的應(yīng)用圖13-15所示為汽車(chē)后懸架中的圓柱形螺旋壓縮彈簧。彈簧3底端固定在擺臂6上,頂端固定在車(chē)架上,使車(chē)架與車(chē)橋彈性聯(lián)接,承受和傳遞垂直載荷,緩和及抑制不平路面引起的沖擊和減少顛簸。圖13-15汽車(chē)后懸架中的圓柱形螺旋壓縮彈簧1—差速器2—半軸3—圓柱壓縮彈簧4—減振器5—車(chē)輪6—擺臂7—擺臂軸三、空氣彈簧的應(yīng)用近年來(lái),空氣彈簧也得到了應(yīng)用。圖13-16所示為空氣彈簧懸架?？諝鈴椈?的上、下端分別固定在車(chē)架和車(chē)橋上,壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)器9進(jìn)入儲(chǔ)氣筒8,經(jīng)過(guò)空氣濾清器2、7過(guò)濾后,空氣壓力由車(chē)身高度控制閥3調(diào)節(jié),進(jìn)入儲(chǔ)氣罐6,通過(guò)管路與兩個(gè)空氣彈簧相通。圖13-16空氣彈簧懸架1—壓氣機(jī)2、7—空氣濾清器3—車(chē)身高度控制閥4—控制桿5—空氣彈簧6—儲(chǔ)氣罐8—儲(chǔ)氣筒9—壓力調(diào)節(jié)器10—油水分離器空氣彈簧和螺旋彈簧功用類(lèi)似,只能傳遞垂直力。但空氣彈簧可通過(guò)控制閥,自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)身高度,以保證車(chē)身高度不因載荷變化而變化。四、油氣彈簧的應(yīng)用圖13-17所示為油氣彈簧在汽車(chē)上的應(yīng)用。油氣彈簧1的兩端分別固定在前橋6和支架2上,在承受載荷的同時(shí),減緩沖擊和吸收振動(dòng)。懸架配有緩沖塊4、7,以避免在出現(xiàn)較大沖擊時(shí),前橋直接碰撞車(chē)架。油氣彈簧具有變剛度特性,特別適合應(yīng)用在道路崎嶇顛簸,裝載振動(dòng)沖擊較大的工地和礦山大型自卸汽車(chē)上。圖13-17油氣彈簧在汽車(chē)上的應(yīng)用1—油氣彈簧2—支架3—橫向推力桿4、7—緩沖塊5—車(chē)輪6—前橋五、膜片彈簧的應(yīng)用圖13-18所示為膜片彈簧在離合器中的應(yīng)用,其壓緊裝置由壓盤(pán)3、離合器蓋2、膜片彈簧4、支承圈5和7等組成,支承圈5和7為膜片彈簧的支點(diǎn)。圖13-18膜片彈簧在離合器中的應(yīng)用a)安裝前的位置b)接合位置c)分離位置1—飛輪2—離合器蓋3—壓盤(pán)4—膜片彈簧5、7—支承圈6—分離鉤8—分離軸承在離合器蓋2未裝到飛輪1上時(shí),彈簧片不受力,此時(shí),離合器蓋與飛輪之間有一個(gè)間隙l,如圖13-18a所示。當(dāng)把離合器靠向飛輪時(shí),支承圈5壓迫膜片彈簧4,使之發(fā)生彈性變形,離合器處于壓緊狀態(tài),如圖13-18b所示。當(dāng)分離軸承8左移時(shí),膜片彈簧4被壓在支承圈7上,拉動(dòng)壓盤(pán)3,使離合器分離,如圖13-18c所示。由此可見(jiàn),膜片彈簧在