汽車懸架上的扭桿彈簧及其應(yīng)用

王東旭

摘 要：扭桿彈簧具有質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，正因?yàn)榇嬖谶@些特點(diǎn)而得到了廣泛的使用。近年來(lái)隨著科技的發(fā)展，目前扭桿彈簧具有很高的彈性極限以及良好的熱處理性能。文章在這種形勢(shì)下對(duì)扭桿彈簧的優(yōu)勢(shì)、結(jié)構(gòu)原理、加工步驟、裝配過(guò)程等方面展開了分析與探討。

關(guān)鍵詞：汽車懸架；扭桿彈簧；應(yīng)用

1 扭桿彈簧優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮

扭桿彈簧是汽車懸架金屬?gòu)椈芍械囊环N，除了扭桿彈簧之外，汽車懸架還有鋼板彈簧和螺旋彈簧。扭桿懸架裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝成熟等。扭桿彈簧在發(fā)展歷程上經(jīng)歷了應(yīng)力、強(qiáng)度、緩沖能力從低到高的過(guò)程。尤其是近30年，隨著科技水平的不斷發(fā)展，扭桿彈簧在性能上也有了很大的提高，高強(qiáng)度、應(yīng)力扭桿的使用就是一個(gè)重要的標(biāo)志，這時(shí)緩沖能力和靜應(yīng)力都已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)比較高的水平。在眾多扭桿懸架零件中，扭桿彈簧只是其中之一，值得一提的是這種零件具有相對(duì)優(yōu)良的性能。只有使最大工作應(yīng)力得到進(jìn)一步提高，懸架裝置的性能才會(huì)更優(yōu)良。

在懸架裝置裝配過(guò)程中要對(duì)扭桿的一端進(jìn)行固定，固定位置一般在車身或者車架上，而扭桿的另一端則要固定在懸架的擺臂上，同時(shí)連接車輪，通過(guò)受力而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，再利用扭轉(zhuǎn)變形起到一種緩沖作用。結(jié)合圖1，如果擺臂彈簧出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)變形，車架和車輪之間就會(huì)呈現(xiàn)出一種彈性聯(lián)系，而震動(dòng)就會(huì)被這種扭轉(zhuǎn)彈力吸收，形成能量存儲(chǔ)，進(jìn)而起到彈性元件的作用。

2 扭桿彈簧的結(jié)構(gòu)特性

從使用方式上來(lái)看，汽車上的扭桿彈簧主要通過(guò)縱向與橫向兩種方式使用，其中橫向裝置的使用頻率多一些。少數(shù)車型會(huì)用橫向裝置扭桿替代螺旋彈簧，除此之外，其他橫向裝置扭桿都是用來(lái)平衡兩邊車輪受力的。而縱向裝置扭桿通常被用來(lái)替代螺旋彈簧或者片狀彈簧的。一般來(lái)說(shuō)，獨(dú)立懸架系統(tǒng)車經(jīng)常使用扭桿彈簧，例如皮卡和輕客等。結(jié)合圖2，可以看出扭桿彈簧的結(jié)構(gòu)是一根彈簧鋼支撐的金屬桿，這根金屬桿具有一定的扭轉(zhuǎn)彈性，它的斷面通常為圓形。扭桿彈簧的形狀似一根長(zhǎng)桿，長(zhǎng)桿的兩端被加工為六角形、方形或漸開線花鍵等，這樣的設(shè)計(jì)在固定時(shí)是非常有利的。有時(shí)為了能夠讓彈簧變得更加柔軟，會(huì)在加工過(guò)程中設(shè)計(jì)為多層扭片的組合斷面。這種扭桿彈簧的主要特點(diǎn)是存儲(chǔ)能量比較大，輕型化，一般來(lái)說(shuō)可以在車輛穩(wěn)定裝置或者懸架彈簧中使用。扭桿彈簧在工作中可以存儲(chǔ)較多的能量，三種彈簧比較，扭桿彈簧是存儲(chǔ)能量（單位質(zhì)量）最大的一種，同時(shí)它的占用空間比較小，布置起來(lái)相對(duì)容易，還可以對(duì)車身高度進(jìn)行適度的調(diào)節(jié)，因此很多乘用車的懸架都使用扭桿彈簧。

3 扭桿彈簧的工藝流程

扭桿彈簧在加工過(guò)程中所使用的制造材料具有很高的疲勞極限、彈性極限等，經(jīng)常使用的制造材料有合金彈簧鋼、各種合金等。經(jīng)過(guò)加工處理過(guò)的扭桿表面是非常光滑的，為了加強(qiáng)對(duì)表面的保護(hù)，可以采用表面噴塑處理，避免腐蝕或者刮傷。通常情況下，材料表面會(huì)經(jīng)過(guò)磨削加工，并進(jìn)行幾何尺寸計(jì)算以及外觀質(zhì)量檢驗(yàn)等。

扭桿彈簧在加工過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)的加工步驟有：切料→鐓鍛→退火（兩端頭部）→機(jī)械加工→淬火→回火→噴丸強(qiáng)化→預(yù)扭強(qiáng)化→防銹處理。具體的加工工藝為：（1）切料就是以工藝規(guī)定為依據(jù)將材料切斷，按照公式進(jìn)行計(jì)算：工藝規(guī)定長(zhǎng)度=扭桿彈簧總長(zhǎng)度兩端鐓鍛縮減長(zhǎng)度+機(jī)加余量；（2）為了適應(yīng)加工需要，通常會(huì)將扭桿彈簧的兩端加工為六角形、正方形或漸開線花鍵等，此外，在鐓鍛過(guò)程中必須留出相應(yīng)的加工余量；（3）為了方便機(jī)械加工，鐓鍛過(guò)后的兩端會(huì)通過(guò)保溫箱進(jìn)行緩冷，并進(jìn)行不停的機(jī)械加工，這一程序是可以省略的；（4）淬火是一種熱處理工序，不管是加熱還是冷卻都要保證均勻，扭桿彈簧主要通過(guò)整體淬火和中頻感應(yīng)淬火兩種方式進(jìn)行淬火，變形問(wèn)題是這一環(huán)節(jié)中特別要注意的，只要通過(guò)滾模壓淬火或者以垂直狀態(tài)投入油中或者中頻感應(yīng)加熱垂直淬火（冷卻液）就可以有效緩解變形；（5）噴丸強(qiáng)化是提高疲勞強(qiáng)度的重要工序，這一工序可以保證扭桿表面沖擊的均勻性；（6）預(yù)扭強(qiáng)化的進(jìn)行是提高扭桿表層的預(yù)壓應(yīng)力和開發(fā)利用心部材料的承載潛力來(lái)提高其疲勞強(qiáng)度和最大允許剪應(yīng)力。兩端在角度上不能出現(xiàn)過(guò)大的誤差；（7）防銹處理是不能被忽略的，扭桿彈簧在使用過(guò)程中很容易會(huì)出現(xiàn)損傷或腐蝕，因此防銹處理是非常必要的，通常使用的防銹方法是通過(guò)辛酸鋅進(jìn)行處理，然后在工件表面涂裝粉體。

4 扭桿彈簧的裝配要點(diǎn)

在裝配過(guò)程中，要將扭桿彈簧前端與下橫臂的花鍵相連接，再對(duì)車架上的橫梁和螺栓進(jìn)行緊固，連接車輪與車架。同時(shí)在裝配的過(guò)程中應(yīng)在一側(cè)扭桿彈簧的裝配中將螺母擰緊，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)下橫臂，這樣懸架就會(huì)旋轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@一過(guò)程中車身左右的高度會(huì)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，這樣整車裝配后就不能使設(shè)計(jì)要求得到滿足，同時(shí)也會(huì)使左右車輪的定位參數(shù)發(fā)生變化。

裝配扭桿時(shí)需要對(duì)車身高度進(jìn)行精確的控制，還要對(duì)工藝節(jié)拍進(jìn)行充分考慮，所以裝配要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，將螺母調(diào)整好，同時(shí)對(duì)螺栓外露螺桿長(zhǎng)度的調(diào)整進(jìn)行檢查，保證車身的高度在規(guī)定范圍之內(nèi)，汽車下線后不能有"歪肩膀"現(xiàn)象出現(xiàn)。如果初步控制車身高度是不能與設(shè)計(jì)要求相符合，還可以進(jìn)行第二個(gè)程度的控制，這一程序中會(huì)使用到專用的檢具。在裝配過(guò)程中，將下橫臂裝配孔軸線作為基準(zhǔn)線對(duì)下橫臂上一丁點(diǎn)與基準(zhǔn)線之間的垂直距離進(jìn)行量取。

經(jīng)過(guò)聯(lián)接下橫臂和推力桿后端和熱處理之后，扭桿彈簧本身會(huì)承受相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)力矩載荷，產(chǎn)生永久變形之后就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，這樣一來(lái)實(shí)際工作中的應(yīng)力就會(huì)適當(dāng)減小，這對(duì)扭桿彈簧壽命的延長(zhǎng)是非常有利的。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著生活水平的逐漸提高，人們?cè)絹?lái)越重視汽車的舒適性和平順性。扭桿彈簧在車體的支撐、緩和汽車行駛過(guò)程中的沖擊力等方面發(fā)揮著重要作用，有了扭轉(zhuǎn)彈簧的幫助，即使是在不平路面上高速行駛，也可以保證一定的平穩(wěn)性與舒適性。

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