用于汽車懸架的螺旋彈簧、獨(dú)立懸架總成及汽車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車底盤領(lǐng)域，具體涉及用于汽車懸架的螺旋彈簧、獨(dú)立懸架總成及 汽車。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時(shí)，汽車懸架作為車身（或車架）與 車軸（或車輪）之間作連接的傳力部件，又是保證汽車行駛安全的重要部件，其主要作用是 傳遞作用在車輪上的和力矩，并緩沖路面對車輛的沖擊，保證車輛行駛的平順性和操縱穩(wěn) 定性。
[0003] 獨(dú)立懸架是將汽車的一個(gè)車軸上的左右兩個(gè)車輪分別單獨(dú)安裝于車身（或車架） 下，車橋采用斷開式，中間一段固定于車身（或車架）上，獨(dú)立懸架兩邊車輪受沖擊時(shí)互不 影響，而且由于該懸架質(zhì)量較輕、緩沖與減振能力很強(qiáng)，乘坐舒適性好。各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于非 獨(dú)立式懸架，但獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0004] 獨(dú)立懸架包括麥弗遜獨(dú)立懸架、雙橫臂獨(dú)立懸架、多連桿獨(dú)立懸架、縱臂式獨(dú)立懸 架等，這些獨(dú)立懸架要么彈簧裝在減振器上，要么彈簧和減振器裝在不同位置上。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)的獨(dú)立懸架如圖1所示，減振器5)都是下端固定在下擺臂8)上，上端直 接固定在車身或車架1)上，一般下端帶有旋轉(zhuǎn)軸，而上端直接通過橡膠墊固定在車身上。 一般獨(dú)立懸架還安裝有穩(wěn)定桿2)、螺旋彈簧3)、上擺臂4)、轉(zhuǎn)向節(jié)6)、緩沖塊7)等，螺旋彈 簧3)與減振器5)的連桿同步運(yùn)動(dòng)并且螺旋彈簧3)在受到側(cè)向力時(shí)會(huì)向連桿傳遞側(cè)向力。
[0006] 在汽車在運(yùn)動(dòng)過程中，下擺臂8)相對車身在左右和前后方向都有相對運(yùn)動(dòng)，減振 器5)上端的橡膠墊通過自身變形可吸收相對運(yùn)動(dòng)避免干涉，但是橡膠墊硬度比較大，在吸 收相對運(yùn)動(dòng)同時(shí)對減振器連桿產(chǎn)生很大的側(cè)向力，這些側(cè)向力不僅增大減振器活塞與缸體 的摩擦力，使減振器的溫度很快升高，減振器內(nèi)部的橡膠件和塑料件很快老化，造成減振器 漏油、阻尼力衰減等失效現(xiàn)象，極大地影響減振器的壽命。
[0007] 對軸荷較大的商用車獨(dú)立懸架，由于相對運(yùn)動(dòng)較大，減振器失效問題尤其突出。同 時(shí)固定減振器5)上端的橡膠墊在下擺臂8)和車身之間頻繁的相對運(yùn)動(dòng)過程中不斷被壓縮 也會(huì)很快失效。
[0008] 另外，減振器受到的側(cè)向力過大也影響汽車運(yùn)動(dòng)的平順性。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)中的螺旋彈簧廣泛應(yīng)用于乘用車和商用車中，乘用車懸架中約80%左右 的彈性元件都是螺旋彈簧。螺旋彈簧的直徑、線徑、圈數(shù)、高度、節(jié)距等直接影響螺旋彈簧的 性能。
[0010] 偏頻是評判整車平順性的一個(gè)極其重要的參數(shù)，是指車輛的某個(gè)懸架的振動(dòng)頻 率，更具體的說是某個(gè)懸架的單側(cè)的振動(dòng)頻率，偏頻f?是由彈簧上的車身質(zhì)量、載荷質(zhì)量和 懸架自身一部分質(zhì)量組成的簧上質(zhì)量m和彈簧剛度決定的，具體由下列公式求得：
[0012] 其中，f為汽車偏頻，m為螺旋彈簧的簧上質(zhì)量，k為螺旋彈簧的剛度。
[0013] 因此簧上質(zhì)量m、螺旋彈簧的剛度k直接影響車輛的偏頻，只有當(dāng)偏頻穩(wěn)定時(shí)乘坐 人員才能感覺到車輛行駛的穩(wěn)定性，而隨著車輛的載荷和乘坐人員數(shù)量的改變，簧上質(zhì)量 也隨之改變，造成偏頻發(fā)生變化，使乘坐人員的乘坐舒適性也隨之改變。
[0014] 同時(shí)，車輛因左右、前后的載荷不一樣，而彈簧剛度不變時(shí)，就產(chǎn)生左右、前后的偏 頻不同，也就是左右或前后的振動(dòng)頻率不同，這些不同的振動(dòng)頻率與車輛各個(gè)零部件的固 有頻率相互影響，影響乘坐舒適性。
[0015] 綜上所述，螺旋彈簧及其在汽車懸架中的安裝結(jié)構(gòu)對于減振器的側(cè)向力、汽車偏 頻均有影響。
[0016] 現(xiàn)有技術(shù)懸架結(jié)構(gòu)的螺旋彈簧3)，一般剛度是不變的，即使是變化的也只是兩個(gè) 狀態(tài)的剛度不同，如空載和滿載的剛度不同，使空、滿載兩狀態(tài)的偏頻相近，而不能使懸架 在任何狀態(tài)偏頻保持不變?，F(xiàn)有技術(shù)中存在通過改變螺旋彈簧3)的螺距來改變剛度，當(dāng)車 輛滿載時(shí)螺旋彈簧3)的節(jié)距小的部分被壓并，螺旋彈簧的工作圈數(shù)減小，剛度增大，使車 輛滿載具有較大剛度，不同節(jié)距的螺旋彈簧雖然具有兩個(gè)不同的剛度，使空、滿載兩點(diǎn)的偏 頻基本一致，但在空、滿載之間，例如本能乘坐5人的車只有兩個(gè)人乘坐，兩個(gè)人坐的位置 不同，使懸架左、右偏頻不一樣，或前后偏頻不一樣，造成平順性不穩(wěn)定。并且現(xiàn)有技術(shù)中對 于側(cè)向力的抵消一般集中在對于螺旋彈簧3)本身形狀的改進(jìn)，但在路面行駛條件多變的 情況下，螺旋彈簧3)特定的形狀只是針對一定的側(cè)向力進(jìn)行抵消，側(cè)向力的降低效果并不 理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的在于1、對螺旋彈簧本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)從而保證空載至滿載變化過 程中汽車偏頻不變，提高舒適性；2、使減振器避免受到側(cè)向力的作用，增大減振器的壽命 和可靠性；3、增大固定減振器的橡膠墊的壽命；4、增大減振器和彈簧的安裝和拆卸的方便 性；5、提高懸架的平順性和舒適性；6、提高懸架整體壽命。
[0018] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：
[0019] 一方面，提供了一種用于汽車懸架的螺旋彈簧，所述螺旋彈簧具有連續(xù)的節(jié)距相 同段和節(jié)距漸變段，所述節(jié)距漸變段被構(gòu)造為當(dāng)簧上質(zhì)量從空載至滿載變化時(shí)，所述節(jié)距 漸變段逐漸壓并，在空載至滿載區(qū)間，簧上質(zhì)量與所述螺旋彈簧的工作圈數(shù)之間滿足以下 關(guān)系式：
[0021] 其中，G為所述螺旋彈簧的材料的彈性模量、f為汽車偏頻、d為所述螺旋彈簧的彈 簧線徑、D為所述螺旋彈簧的彈簧中徑、m為簧上質(zhì)量、n為工作圈數(shù)，f?為常量。
[0022] 優(yōu)選地，所述螺旋彈簧兩端為平行的彈簧并圈。
[0023] 另一方面，提供了一種獨(dú)立懸架總成，包括彈簧支座、下擺臂、支架、如上所述的螺 旋彈簧、減振器、橡膠墊、上擺臂、車身和轉(zhuǎn)向節(jié)；所述彈簧支座包括盤部、分別位于所述盤 部兩側(cè)的凸部和一對耳部，所述凸部為上端具有底壁、下端開口的桶形，且所述底壁上開有 第一通孔，所述耳部相互間隔以避讓所述凸部的開口，所述耳部開有同軸的第二通孔，所述 第一通孔的軸線與所述第二通孔的軸線空間垂直；所述上擺臂、所述下擺臂的一端分別與 所述轉(zhuǎn)向節(jié)通過球銷連接，所述下擺臂上設(shè)置有安裝凸臺(tái)，所述安裝凸臺(tái)伸入一個(gè)所述彈 簧支座的耳部之間并與所述彈簧支座旋轉(zhuǎn)配合以使所述彈簧支座能夠繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，所 述支架與所述車身固定連接，所述支架為槽形，另一個(gè)所述彈簧支座倒置地位于所述支架 的槽內(nèi)并與所述支架旋轉(zhuǎn)配合以使所述彈簧支座能夠繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，所述減振器的下端 桿依次穿過第一個(gè)所述橡膠墊、所述凸部上的第一通孔、第二個(gè)所述橡膠墊后緊固，所述減 振器的上端桿依次穿過第三個(gè)所述橡膠墊、倒置的所述彈簧支座的所述凸部上的第一通 孔、第四個(gè)所述橡膠墊后緊固，第二個(gè)所述橡膠墊和第四個(gè)所述橡膠墊位于所述凸部的內(nèi) 部，所述螺旋彈簧位于兩個(gè)所述彈簧支座之間并套在所述凸部上。
[0024] 優(yōu)選地，上述獨(dú)立懸架總成還包括車橋，所述下擺臂的另一端與所述車橋旋轉(zhuǎn)連 接。
[0025] 優(yōu)選地，所述上擺臂的另一端與所述支架旋轉(zhuǎn)連接。
[0026] 優(yōu)選地，所述支架具有第一側(cè)壁、第二側(cè)壁和位于所述第一側(cè)壁與所述第二側(cè)壁 之間的第三側(cè)壁，所述第二側(cè)壁上開有第三通孔，所述上擺臂的另一端位于所述第一側(cè)壁 與所述第三側(cè)壁之間對應(yīng)所述第三通孔的位置。
[0027] 優(yōu)選地，倒置的所述彈簧支座位于所述第二側(cè)壁與所述第三側(cè)壁之間，且所述耳 部與所述第二側(cè)壁、所述第三側(cè)壁之間設(shè)置有隔環(huán)。
[0028] 優(yōu)選地，上述獨(dú)立懸架總成還包括緩沖塊，所述緩沖塊安裝在所述支架的槽內(nèi)且 位于所述上擺臂的正上方。
[0029] 再另一方面，提供了一種汽車，所述汽車采用如上所述的螺旋彈簧，或者采用如上 所述的獨(dú)立懸架總成。
[0030] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，螺旋彈簧的節(jié)距漸變段被構(gòu)造為當(dāng)簧上質(zhì)量從空載至滿載 變化時(shí)，節(jié)距漸變段逐漸壓并，使螺旋彈簧的工作圈數(shù)逐漸減小以保證汽車偏頻不變，而非 僅考慮空載與滿載兩個(gè)極限狀態(tài)點(diǎn)的偏頻不變，也就是說，仍以能夠乘坐5人的汽車為例， 采用本實(shí)施例的螺旋彈簧后，在無人乘坐、1人乘坐直至5人乘坐時(shí)，汽車偏頻始終相等，無 論人員數(shù)量及位置如何變化，各個(gè)螺旋彈簧的變化使得汽車的前后、左右偏頻始終相等，因 此平順性和駕駛舒適性得到提高。
[0031] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于彈簧支座具有第二通孔，因此在安裝后，彈簧支座并非 固定地安裝在減振器或者下擺臂上，而是能夠繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，這樣，當(dāng)一側(cè)受力時(shí)，彈簧 支座就能夠繞軸旋轉(zhuǎn)，使得螺旋彈簧在該側(cè)也受到同樣的側(cè)向力，該力傳遞至另一個(gè)彈簧 支座上，使另一個(gè)彈簧支座也繞軸旋轉(zhuǎn)，而彈簧支座與螺旋彈簧接觸的圓環(huán)面一直相互平 行，保證了螺旋彈簧不會(huì)對減振器產(chǎn)生了側(cè)向力；而減振器的上、下兩端分別固定在兩個(gè)彈 簧支座上