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《汽车构造》思考题
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& 弹性元件
汽车悬架所用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、纽杆弹簧、空气弹簧和油气弹簧。
钢板弹簧，又称叶片弹簧。它是由若干片长度不等，曲率半径不同，宽度一致，厦度相等(或不等)的弹簧钢板所迭成，整体上似一根近似等强度的弹性梁。
　　中心螺栓用来连接各片弹簧钢板，并保证装配时各片的相对位置。这种连接方式的缺点是在钢板中心孔处，易形成应力集中，削弱钢板的强度。故有些车型的钢板弹簧，不用中心螺栓，而在每片钢板中部上表面压出圆形凹坑，相应地在下表面则形成圆形凸起部，装配时，各片的凹凸部分互相依次嵌合而定位。
　　最上面的第一片(最长的一片)称为主片，其两端弯成卷耳，自装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的衬套。第二片前端也弯成卷耳包在主片卷耳外面，两耳间有一定间隙，第二片后端是平直地承托在主片卷耳之下，这样一来，第二平可改善主片卷耳的受力悄况，又使得在弹簧变形时两片之间有相对滑动的可能。
　　钢板弹簧上有4个弹簧夹(也称回弹夹)。
共主要作用是当钢板弹簧反向变形即反跳时，使各片不互相分开，以免主片单独承载，比外，还可防止各片横向错动，为了防止弹簧夹从钢板上松脱。弹簧夹用铆钉接在与之相连的最下一片钢板上。弹簧夹的两边用螺栓连接，在螺栓上有套管顶在弹簧夹的两边，以免将钢板两侧夹得过紧而影响各片钢板相互滑移。另外在套管与主片之间有一定间隙(不小于1.5mm)也是为了各片钢板能相互滑移。为了帮助钢板片之间的滑移，而又不因干摩擦降低悬架缓冲能力及避免各片加速磨损，在装合钢板弹簧时，各片间须涂上较稠的润滑剂(石墨润滑脂) ，并定期进行保养。但是，弹簧片的润滑状况又将影响弹簧各片间的摩擦力数值。为保证在弹簧内产生定值摩擦力以及消除噪音，可在钢板之间夹入塑料垫片。
　　钢板弹簧的钢板断面在绝大多数货车上采用两侧带有圆弧的矩形断面。这种断面的钢板制造比较简单，但在承受拉应力一面的棱角处容易产生疲劳裂纹。
　　为了减小拉应刀，提高疲劳强度，有些钢板采用了特殊形状的断面。由于中性轴移向受拉力的一边，使拉应力减小。同时也降低了材料的消耗，东风EQ140-1型汽车的钢板弹簧即采用了特殊形状的断面。
　　钢板弹簧的端部也有三种型式：
　　端部为矩形的钢板弹簧在货车上采用较多。缺点是较易产生应力集中，且重量较大。但制造简单。
　　端部为梯形的钢板弹簧在货车上也采用校多。能一定程度地克服矩形端部的缺点，但制造稍复杂。
　　端部为椭圆形的钢板弹簧只在轿车上有较多的使用。它改善了应力分布状况，片端弹性也较好，减少了片间摩擦和纲板重量，但制造比较困难。
螺旋弹簧广泛应用在独立悬架上螺旋弹簧与钢板弹簧比较具有以下优点：无需润滑，不忌泥污；安置它所需的纵向空间不大；弹簧重量小。
　　螺旋弹簧用在悬架中可作弹性元件而不能起导向装置和减振器的作用，因为它只能承受垂直负荷。
　　螺旋弹簧一般为圆柱形，当制成等螺距时，刚度不变，制成变螺距时，则刚度是可变的。有的螺旋弹簧制成圆锥形，其刚度也是可变的。
扭杆弹簧由弹簧钢制成，其断面通常为圆形。少数为矩形或管形。其两端形状可以制成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等，以便一端固定在车架上，另一端固定在摆劈上，摆臂则与车轮相连。
　　当车轮跳动时，用扭杆弹簧的扭转弹性变形保证车轮与车架的弹性联系。
　　若要调节车轮与车架之间的距离，只需将扭杆弹簧的固定端转过一个角度即可。扭杆弹簧与钢板弹簧相比，质量较小，不需润滑。
气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。
　　空气弹簧
空气弹簧可分为囊式和膜式。
　　囊式空气弹簧
由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成。两节式气囊的节与节之间围有钢质的腰环，使中间部分不致有径向扩张，并防止两节之间相互摩擦。气囊的上下盖板将气囊密闭。板上有一空气进出口，以便根据载荷情况自动调节空气弹簧的承载力，当裁荷增加车身降低时，通过一套控制装置使进气口通贮气筒，贮气筒压缩空气进入气囊，从而使载荷变化时车身高度保持不变，反之，使出气口通大气，让气囊内一部分压缩空气排入大气。
　　空气弹簧使汽车在空裁及满载情况下均有良好的行驶平顺性。另外还具有寿命长、重员轻、价格低等优点。但空气弹簧只能承受垂直载荷，且容易漏气，尺寸又较大，因此给使用带来一定限制。
　　膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成与囊式相比，其弹性特性曲线比较理想，因其刚度较囊式小，车身自然振动频率较低，且尺寸较小，在车上便于布置，故多用在轿车上。但是制造较困难，寿命也较短。
　　油气弹簧
油气弹簧的型式有单气室，双气室(带反压气室)以及两级压力式等。
　　单气室油气弹簧
又分为油气分隔式和油气不分隔式两种。前者可防止油液乳化，且便于充气。
　　上海SH380型32T工矿自卸车上曾经采用过单气室油气分隔式油气弹簧。球形气室固定在工作缸筒上，其内腔用橡胶油气隔膜隔开成两部分：一部分通过充气阀由充气装置充入工业氮气至规定气压，另一部分与工作缸的内腔相通，里面充满工作油液(25号变压器油和22号汽轮机油各50％)。工作缸主要由缸筒、缸盖、活塞和阻尼阀座组成。活塞借螺绞装在活塞导向筒上，工作缸筒的上端与缸盖用螺栓连接成一体。阻尼阀座固定在工作缸盖上。在阻尼阀座的圆周上均匀分布6个孔，对称相隔地装有2个压缩阀、2个伸张阀和2个加油阀。这3种阀都是单向阀，但在静止时前2种是关闭的而加油阀是开启的，这样，在加入油液时，油液可以迅速流入工作缸。
　　油气弹簧通过上球座固定在车架上，下端通过下球座固定在车桥上。当载荷增加，车架与车桥之间距离缩短时，活塞与导向筒一起向上移，使充满油液的活塞上方工作缸内腔容积减小，迫使油液经阻尼阀上的压缩阀、加油阀和中心孔、边缘小孔进入球形气室，从而推动油气隔膜向具有一定压力的氮气室移动，使氮气室容积减小，氮气压力升高。当作用在油气隔膜上的氮气压力与外界载荷使工作液作用在油气隔膜上的压力达到平衡时，活塞便停止移动，车架与车桥的相对位置不再变化。当载荷减小时，油气隔膜在高压氮气作用下向充满油液的一侧移动，迫使油液经阻尼阀座上的伸张阀、中心孔和边缘小孔流回工作缸内腔，并使活塞下移，车架与车桥之间距离变长，直到作用在油气隔膜上的氮气压力与外界减小了的载荷使油液作用在油气隔膜上的压力达到新的平衡时，活塞又停止移动。这样，随着载荷的变化活塞便相应地在工作缸中处于不同的位置。
　　油气弹簧又起液力减振器的作用。当工作液流经阻尼阀座上的中心孔和边缘小孔时，产生阻尼力，而且开启伸张阀比开启压缩阀需要的压力差大，从而满足缓和冲击和迅速衰减振动的目的。
　　改进型上海SH328型32T工矿自卸车前悬架所采用的油气不分隔式油气弹簧。工作缸体固定在车架上，管形活塞的下端作为转向主销与前桥上的转向节相连。
　　管形活塞内腔及活塞与工作缸壁间形成的环形腔内，都充满着油液。在管形活塞头的上面有一油层，既可以润滑活塞又可以作为气室的气封。油层上方的空间即为高压气室，其中充满高压氮气。
　　当载荷增加时，管形活塞在工作缸体内向上移动，由缸盖工作缸体和管形活塞内腔所组成的密封容积缩小，氮气被进一步压缩，油压升高，迫使一部分油液经常通孔和推开单向球阀流入容积逐渐增大的环形腔内。当载荷减小时，管形活塞向下移动，使氮气压力和油压都下降，而此时环形腔内容积缩小，油液不能通过关闭的单向球阀，而只能由常通孔返回管形活塞内腔，这样就增加了伸张行程的阻尼力。
　　单气室油气弹簧结构简单，加工要求较其他型式低些，维护也较方便。仍是，伸张行程中的刚度较低，因而悬架的伸张行程较大，将产生活塞撞击缸体底部，甚至会发生活塞从缸体中拉脱的危险。上海SH382型工矿自卸车的油气悬架中，采用增加伸张行程阻尼的方法于以解决，同时在工作缸盖上装设了一个拉伸行程限制器，使管形活塞下移撞击工作缸体下郎之前先碰在限制器上而得到限位。
　　双气室油气弹簧有2个气室：左主气室和右反压气室。当压缩行程的，活塞上移，使主气室气压增高，弹簧的刚度增大。此时，浮动活塞下面的油液，在反压气室的气体压力作用下经通道流入主气室的活塞下面，补充活塞上移后空出的容积，而反压气室内的气压下降。当弹簧处于伸张行程时，主活塞下移，主气室内的气压下降，主活塞下面的油液受挤压，经通道流回浮动活塞下面，推浮动活塞上移，使反压气室内的气压增高，使伸张行程时弹簧的刚度也能增大，避免了活塞撞缸底的危险。
　　上述单气室和双气室油气弹簧都存在刚度变化幅度较小的缺点，为此又出现了刚度变化幅度较大的两级压力式油气弹簧。
　　两级压力式油气弹簧的结构及工作原理。工作缸通过球座与车桥相连；管形活塞、第一级压力室、第二级压力室以及带有轴的罩连成一体，并与车架相连。
　　在压缩行程中，工作缸向上运动，管形活塞内腔油液压力升高，迫使油液进入两个并列在上的球形气室。由于第一级压力室内的气压与单气室油气弹簧的气室压力相近，而第二级压力室内的气压则较高，因此两个球形气室不同时参加工作，如这时载荷较小，油液只能推动第一级压力室中的橡胶油气隔膜移动，则第一级压力室首先参加工作，其中的气压随着栽荷的增加而逐渐升高。当哉荷增加到使第一级压力室的气压稍超过第二级压力室的气压时，后者方参加工作。此时，如果弹簧上的载荷继续增加时，第一、第二级压力室共同工作。
　　在压缩行程的全过程中，管形活塞的内腔还有一部油液经圆周布置的常通孔进入逐渐增大的环形腔(缸壁与活塞间的空间)内。在压缩行程终了时，橡胶限位块的头部进入管形活塞下端的内部，这时活塞下面的油液经夹布胶木导向衬套和缸筒间的间隙进入环形腔中。橡胶限位块相当于一个缓冲器。
　　在伸张行程中，由于缸内油压下降，气室内的气体反推油气隔膜，压力室油液返回工作缸。与此同时，环形腔内的油液经常通小孔也返回工作缸。在接近最大伸张行程时，这些小孔逐渐被工作缸体上的夹布胶木导向村套堵住，油液流动的阻力逐渐增大，因此也就增大了伸张行程的阻尼力。阻尼阀是为了使油气弹簧在压缩行程和伸张行程时均能产生一定的阻尼力，起减振器的作用。
　　无论是空气弹簧还是油气弹簧，均采用自动调节气囊或气室的原始充气压力的方法使载荷变化时车身高度保持不变。
　　油气弹簧的缺点是对高压气体和油液的密封要求较高；滑动表面的光洁度和耐磨性要求也较高；在使用中，高压气体往往会缓慢泄漏，需要一套装置定期充气。
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钢板弹簧的特点
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