彈性元件（elastic component） 懸架系統中承受並傳遞垂直載荷和具有緩和及抑制路面引起衝擊的元件。其作用是承受和傳遞垂直載荷，緩和並抑制不平路面所引起的衝擊。彈性元件根據所選用材料不同分為金屬和非金屬兩大類。
基本介紹
- 中文名：彈性元件
- 外文名：Elastic component
- 分 類：鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等
- 作 用：緩衝減震、儲存能量、導向等
- 位 置：汽車懸架系統中
技術特點,分類,鋼板彈簧,螺旋彈簧,扭桿彈簧,橡膠彈簧,套用,
技術特點
彈性元件在工作中具有兩種基本效應 彈性效應和非彈性效應，所謂彈性效應是指彈性元件的變形僅僅是由於受載荷的影響所表現出來的性質，其具體參數為體現載荷和變形的剛度和靈敏度。而非彈性效應是指彈性元件的變形受其他因素，如時間、溫度、材料性質等的影響所表現出來的性質，如彈性滯後、彈性後效和鬆弛等、溫度變化能使彈性元件的彈性模量和幾何尺寸產生變化。
分類
鋼板彈簧
圖1鋼板彈簧中心螺栓4用以連線各彈簧片，並保證裝配時各片的相對位置。中心螺栓距兩端卷耳中心的距離可以相等（稱為對稱式鋼板彈簧，如圖1所示），也可以不相等（稱為非對稱式鋼板彈簧）。
當鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時，各個力的方向和作用點如圖1）中箭頭所示。各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢。這時，車橋和車架便互相靠近。當車橋與車架互相遠離時，鋼板彈簧所受的正向垂直載荷和變形便逐漸減小，有時甚至會反向。
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。在主片卷耳與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，而採用其他的支承連線方式，如橡膠支承墊。
連線各片的構件，除中心螺栓以外，還有若干個彈簧夾2（亦稱回彈夾），其主要作用是當鋼板彈簧反向變形（即反跳）時，使各片不致互相分開，以免主片單獨承載，此外，還可防止各片橫向錯動。彈簧夾用鉚釘鉚接在與之相連的最下面彈簧片的端部。彈簧夾的兩邊用螺栓5連線，在螺栓上有套管 , 頂住彈簧夾的兩邊，以免將彈簧片夾得過緊。在螺栓套管與彈簧片之間有一定間隙（不小於 (1.5mm）。以保證彈簧變形時，各片可以相互滑移。鋼板彈簧在載荷作用下變形時，各片之間有相對滑動而產生摩擦，可以促進車架振動的衰減。但各片間的乾摩擦，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。為減少彈簧片的磨損，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。為了在使用期間內長期儲存潤滑脂和防止污染，有時將鋼板彈簧裝在護套內。
許多國家的汽車上採用了一種由單片或2-3片 變厚度斷面的彈簧片構成的少片變截面鋼板彈簧，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。
螺旋彈簧
螺旋彈簧廣泛地套用於獨立懸架，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（圖2）。螺旋彈簧與鋼板彈簧比較，具有以下優點：無需潤滑，不忌泥污；安置它所需的縱向空間不大；彈簧本身質量小。
螺旋彈簧本身沒有減振作用，因此在螺旋彈簧懸架中必須另裝減振器。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。
螺旋彈簧用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。
圖2 螺旋彈簧
圖2 螺旋彈簧扭桿彈簧
扭桿彈簧本身是一根由彈簧鋼製成的桿 （圖3）。扭桿斷面通常為圓形，少數為矩形或管形。其兩端形狀可以做成花鍵、方形、六角形或帶平面的圓柱形等等，以便一端固定在車架上，另一端固定在懸架的擺臂2上。擺臂則與車輪相連。當車輪跳動時，擺臂便繞著扭桿軸線而擺動，使扭桿產生扭轉彈性變形，藉以保證車輪與車架的彈性聯繫。有的扭桿由一些矩形斷面的薄條（扭片）組合而成，這樣，彈簧更為柔軟。
扭桿彈簧系用鉻釩合金彈簧鋼製成，其表面經過加工後很光滑。使用中必須對扭桿表面很好保護，通常在扭桿彈簧表面上塗有環氧樹脂，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，從而可提高扭桿彈簧的使用壽命。
扭桿彈簧在製造時，經熱處理後預先施加一定的扭轉力矩載荷，使之產生一個永久的扭轉變形，從而使其具有一定的預應力。左、右扭桿的預加扭轉的方向都與扭桿安裝在車上後承受工作載荷時扭轉的方向相同。其目的是減小工作時的實際應力，以延長扭桿彈簧的使用壽命。如果左、右扭桿換位安裝，則將使扭桿彈簧的預先扭轉方向與工作時扭轉方向相反，導致扭桿彈簧的實際工作應力加大，而使用壽命縮短，因此左、右扭桿彈簧不能互換。為此，左、右扭桿刻有不同的標記。
扭桿彈簧本身的扭轉剛度雖然是常數，但採用扭桿彈簧的懸架由於有導向機構的緣故，其懸架剛度卻是可變的。
圖3扭桿彈簧
圖3扭桿彈簧氣體彈簧
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別。
①囊式空氣彈簧。由橡膠氣囊、上蓋板、下蓋板，以及腰環等組成。橡膠氣囊用夾有簾線的橡膠製成，氣囊上、下端裝有蓋板與氣囊一同構成。氣囊可以做成單曲、雙曲和多曲氣囊，在節與節之間裝有腰環，腰環用來防止對氣囊充氣時，因壓力升高，氣囊產生徑向膨脹變形。橡膠氣囊充氣後利用氣體可壓縮的特點，實現彈簧作用。當作用在彈簧上的載荷增加時，氣囊內的氣體受壓，氣壓升高，則彈簧剛度增加。當載荷減小時，氣囊內的氣體減壓，剛度減小。因此空氣彈簧的剛度是可變的。
②膜式空氣彈簧。由橡膠膜片、蓋板、底座等組成。膜式空氣彈簧工作原理與囊式空氣彈簧的相同，只是膜式空氣彈簧的剛度較囊式空氣彈簧的小，尺寸小，在車上容易安裝，但製造困難，壽命短。
空氣彈簧質量小，壽命長，一旦漏氣彈簧失效，與鋼板彈簧比較占用汽車橫向方向尺寸多，因此布置困難。空氣彈簧只能承受垂直載荷作用，因此選用空氣彈簧作為彈性元件，懸架還必須裝減振器、導向機構等，如圖4所示。
圖4 空氣彈簧
圖4 空氣彈簧油氣彈簧由氣體、油氣隔膜、油液、工作缸、活塞等組成。分為油氣分隔式和油氣不分隔式兩種，如圖5所示。
圖5 單氣室油氣彈簧示意圖單氣室油氣分隔式油氣彈簧的球形氣室固定在工作缸上。油氣隔膜位於球形氣室和工作缸中間，用來防止油液乳化。在球形氣室內充入高壓氮氣，構成氣體彈簧，起彈性元件作用。在工作缸內充有油液，如在工作缸內安裝有節流閥，它所提供的阻尼力又使油氣彈簧兼有減振作用。球形氣室和活塞桿的端部分別固定在車架和車橋上。
油氣彈簧的工作原理是當載荷增加時車架與車橋間的距離縮短，即活塞向上移動並推油液壓迫油氣隔膜向高壓氮氣室移動，於是氣室容積減小，氮氣壓力升高，彈簧剛度增大，隨之車架下降速度減慢。當外界載荷與氮氣壓力平衡時，活塞停止上移，車架與車橋的相對位置不變。當載荷減少時在高壓氮氣壓力作用下，油氣隔膜向下移動並推油液活塞下移，使氣室容積增加，氮氣壓力降低，彈簧剛度減小，同時車架與車橋間拉開距離的速度也減小，直至外界載荷與氮氣壓力平衡時，車架與車橋間的距離停止變化。
油氣彈簧的特點是具有變剛度特性，兼起減振器作用，用於載質量大些的商用貨車上時體積與質量比鋼板彈簧小。但一旦漏氣或漏油將失去作用，所以對密封要求高。油氣彈簧只能承受垂直載荷，故選用油氣彈簧作彈性元件的懸架還必須裝置導向機構。油氣彈簧主要套用於載質量大些的商用貨車和自卸車上。
橡膠彈簧
由橡膠製成。為增加彈簧行程，常將它做成中空狀。橡膠彈簧具有隔音、工作無噪聲、不要潤滑和變剛度等優點。但有易老化、怕油污和行程小，以及只能承受壓縮和扭轉載荷等缺點。橡膠彈簧主要用於做副簧和緩衝塊。
圖6橡膠彈簧
圖6橡膠彈簧套用
彈性元件能夠完成變換隔離密封補償儲能和連線等各種不同的功能由於它結構簡單製造容易價格低廉種類繁多故套用極為廣泛機器電氣元件許多儀器儀表和生活用具都要套用彈性元件巧妙地完成其重要的功能在一些儀器儀表中它是主要的基礎元件之一特別是以它作為敏感元件時其質量直接影響儀器儀表的可靠性和工作精度各種彈性元件利用各自的結構特點不同的製造材料和變形來完成不同的功能
