Листовая рессора

Традиционная полуэллиптическая листовая рессора Гочкиса. Слева пружина соединена с рамой через дужку.

Листовая рессора — это простая форма пружины, используемая для подвески колесных обычно транспортных средств . Первоначально называемая ламинированной или каретной рессорой , а иногда называемая полуэллиптической рессорой , эллиптической рессорой или рессорой тележки , это одна из старейших форм подвески транспортного средства. Листовая рессора представляет собой одну или несколько узких дугообразных тонких пластин, которые прикреплены к оси и шасси таким образом, что позволяет листовой рессоре изгибаться вертикально в ответ на неровности дорожного покрытия. Боковые листовые рессоры являются наиболее часто используемой конструкцией, проходящей по всей длине автомобиля и установленной перпендикулярно оси колеса, но многочисленные примеры поперечных листовых рессор существуют также .

Листовые рессоры могут выполнять несколько функций подвески: позиционирование, пружинение и, в некоторой степени, демпфирование за счет трения между листами. Однако это трение плохо контролируется, что приводит к застреванию и неравномерным движениям подвески. По этой причине некоторые производители использовали однолистовые рессоры.

Принцип работы и базовая конструкция

Типовая схема пакета рессор без проушин; створки скрепляются центральным болтом на середине длины пружины, а боковое выравнивание обеспечивается несколькими зажимами.

Листовая рессора представляет собой тонкий дугообразный отрезок пружинной стали прямоугольного сечения . В наиболее распространенной конфигурации центр дуги обеспечивает расположение оси , а петли, образованные на обоих концах, обеспечивают крепление к шасси автомобиля. Для очень тяжелых транспортных средств листовая рессора может быть изготовлена ​​из нескольких листьев, уложенных друг на друга в несколько слоев, часто с постепенно укорачивающимися листьями. Самый длинный лист также известен как главный, главный или лист № 1, причем листья пронумерованы в порядке убывания длины. Глазки на конце листовой пружины формируются в главный лист. Обычно, кроме главного листа, остальные листья сужаются на каждом конце. Иногда вспомогательные листы или листы отскока являются частью основного пакета пружин, и в этом случае ближайший к основному листу вспомогательный лист имеет номер 1, следующий ближайший - номер 2 и т. д. Листья крепятся друг к другу с помощью центрального болта, который находится в средней точке или рядом с ней по длине листовой рессоры. Чтобы гарантировать, что створки остаются выровненными по бокам, можно использовать несколько методов, включая выемки и канавки между створками или внешние зажимы.

Было обнаружено, что пружинные стали наиболее эффективны при содержании углерода примерно 1%. Толщина отдельного листа определяется калибром Стаббса или Бирмингема , при этом типичная толщина варьируется от 0,203 до 0,375 дюйма (от 5,2 до 9,5 мм) (от 6 до 3/8 или калибра 00). Материал и размеры следует выбирать так, чтобы каждый лист можно было закалить до получения полностью мартенситной структуры по всему сечению. Подходящие сплавы пружинной стали включают 55Si7, 60Si7, 65Si7, 50Cr4V2 и 60Cr4V2.

Характеристики

Каждая сторона задней оси подвешена на листовой рессоре. Передняя проушина каждой листовой рессоры прикреплена к раме; задняя проушина прикреплена дужкой, которая поворачивается, позволяя пружине удлиняться при изгибе.

Два конца листовой рессоры обычно имеют форму круглых проушин или проушин, через которые крепеж соединяет каждый конец рессоры с рамой или кузовом транспортного средства . Некоторые пружины оканчивались вогнутым концом, называемым ложечным концом (сейчас редко используемый), чтобы вместо этого нести поворотный элемент. Одна проушина обычно фиксирована, но может поворачиваться за счет движения пружины, тогда как другая проушина прикреплена к шарнирному механизму, который позволяет этому концу поворачиваться и совершать ограниченное движение. Листовая рессора может быть прикреплена либо непосредственно к раме за обе проушины, либо прикреплена непосредственно к одному концу, обычно переднему, а другой конец прикреплен через дужку: короткий качающийся рычаг. Дуга принимает на себя тенденцию листовой рессоры удлиняться при сжатии и, таким образом, делает подвеску более мягкой. Дуга обеспечивает некоторую степень гибкости листовой рессоры, поэтому она не выходит из строя при воздействии больших нагрузок. Ось обычно крепится к середине пружины U-образными болтами .

Листовая рессора действует как рычажное соединение, удерживающее ось в нужном положении, поэтому отдельные рычажные соединения не требуются. В результате получается простая и прочная подвеска. Межлистовое трение амортизирует движение пружины и уменьшает отскок, что до амортизаторов широкого распространения было очень существенным преимуществом перед винтовыми пружинами . Однако, поскольку листовая рессора также служит для удержания оси в нужном положении, мягкие пружины, то есть пружины с низкой жесткостью пружины, не подходят. Вытекающая из этого жесткость, а также трение между створками делают этот тип подвески не особенно комфортным для водителей.

Типы

Рессора трехчетвертная эллиптическая на каретке.

Существует множество листовых рессор, обычно используется слово «эллиптические». «Эллиптические» или «полностью эллиптические» листовые рессоры, запатентованные в 1804 году британским изобретателем Обадией Эллиоттом , представляли собой две круговые дуги, соединенные на их концах. Он был прикреплен к раме в верхней центральной части верхней дуги, нижний центр был соединен с «живыми» компонентами подвески, такими как неразрезной передний мост. Для этой конструкции обычно необходимы дополнительные компоненты подвески, такие как продольные рычаги , но не «полуэллиптические» листовые рессоры, используемые в приводе Hotchkiss . Здесь использовалась нижняя дуга, отсюда и ее название.

У «четвертьэллиптических» рессор часто самая толстая часть пакета листьев втыкалась в задний конец боковых частей короткой лестничной рамы, а свободный конец прикреплялся к дифференциалу, как в Austin Seven 1920-х годов. В качестве примера неэллиптических листовых рессор, Ford Model T имел несколько листовых рессор над дифференциалом, изогнутых в форме вилки . Вместо демпферов ( амортизаторов ) некоторые производители прокладывают между металлическими листами неметаллические листы, например деревянные.

Изобретение Эллиота произвело революцию в проектировании и конструкции повозок, устранив необходимость в тяжелом насесте и сделав транспортировку по неровным дорогам быстрее, проще и дешевле.

• Примеры листовых рессор
• 
  Эллиптический
• 
  Полуэллиптический
• 
  Три четверти эллипса
• 
  Четвертьэллиптический
• 
  поперечный

Схема конической или параболической листовой рессоры

Более современная реализация — параболическая рессора. Эта конструкция характеризуется меньшим количеством створок, толщина которых варьируется от центра к концам по параболической кривой . Целью этой конструкции является уменьшение трения между створками, поэтому контакт между створками имеется только на концах и в центре, где соединяется ось. Проставки предотвращают контакт в других точках. Помимо снижения веса, основным преимуществом параболических пружин является их большая гибкость, что приводит к улучшению качества езды , которое приближается к характеристикам винтовых пружин; Компромисс - снижение несущей способности. Они широко используются в автобусах для повышения комфорта.

Дальнейшим развитием британской компании GKN и Chevrolet, в том числе Corvette, является переход на композитные пластиковые рессоры. Тем не менее, из-за отсутствия межлистового трения и других внутренних демпфирующих эффектов этот тип пружин требует более мощных демпферов/амортизаторов.

Обычно при использовании в автомобильной подвеске створка одновременно поддерживает ось и фиксирует/частично фиксирует ось. Это может привести к проблемам с управляемостью (таким как «тряска оси»), поскольку гибкая природа пружины затрудняет точное управление неподрессоренной массой оси. В некоторых конструкциях подвески используется тяга Уоттса (или тяга Панара ) и радиусные рычаги для расположения оси, и они не имеют этого недостатка. В таких конструкциях могут использоваться более мягкие пружины, что обеспечивает лучшую езду. Примеры включают различные задние подвески Austin-Healey 3000 и Fiat 128 .

История

Каретная пружина 17 века в Лиссабонском музее карет

Самые ранние известные листовые рессоры начали появляться на экипажах во Франции в середине 17 века в виде двухчастной локтевой рессоры (как иллюстрированный пример из Лиссабона), а затем мигрировали в Англию и Германию. появившись в экипажах богатых людей этих стран около 1750 г. Доктор Ричард Ловелл Эджворт был награжден тремя золотыми медалями Общества английских искусств и промышленников в 1768 году за демонстрацию превосходства рессорных карет. К 1796 году » Уильяма Фелтона показал «Трактат о каретах , что листовые рессоры регулярно продавались каретной промышленностью конца 18 века.

Обадия Эллиоту приписывают изобретение современной листовой рессоры благодаря его патенту 1804 года на эллиптические листовые рессоры, который принес ему значительное признание и доход, а инженеры начали изучать листовые рессоры для разработки улучшенных конструкций и производственных процессов. Механику и прогиб листовых рессор разработали Кларк (1855 г.), Франц Рело (1861 г.), и Г. Р. Хендерсон (1894). Во второй половине XIX века также были разработаны усовершенствованные процессы прокатки стали, технологические инструменты и сплавы пружинной стали, что сделало производство листовых рессор более стабильным и менее дорогим.

Листовая рессора немецкого локомотива, построенного компаниями Orenstein-Koppel и Lübecker Maschinenbau.

Листовые рессоры были очень распространены в автомобилях до 1970-х годов, когда производители автомобилей перешли в основном на передний привод , а вместо них были разработаны более сложные подвески конструкции с использованием винтовых пружин . Сегодня листовые рессоры все еще используются в тяжелых коммерческих автомобилях, таких как фургоны и грузовики , внедорожники и железнодорожные вагоны . Преимущество тяжелых транспортных средств заключается в более широком распределении нагрузки по шасси автомобиля, тогда как винтовые пружины передают ее в одну точку. В отличие от винтовых пружин, листовые рессоры также фиксируют заднюю ось, устраняя необходимость в продольных рычагах и тяге Панара , тем самым снижая стоимость и вес простой задней подвески с ведущим мостом . Еще одним преимуществом листовой рессоры перед винтовой пружиной является то, что конец листовой рессоры можно направлять по определенной траектории. Во многих грузовиках конца 1990-х и начала 2000-х годов листовая рессора соединена с шаровым шарниром Hinkle Beam.

• Листовые рессоры, используемые в независимых подвесках
• 
  Передняя независимая рессорная подвеска. Переднеприводный Алвис , 1928 г.
• 
  Передняя подвеска независимая на поперечной листовой рессоре. Хамбер , 1935 год.
• 
  Передняя подвеска независимая на полуэллиптических рессорах. Мерседес Бенц 230 W153, 1938 г.

Листовая рессора также нашла современное применение в автомобилях. Например, в Chevrolet Corvette Sting Ray 1963 года используется независимая задняя подвеска с поперечной листовой рессорой. Аналогичным образом, Volvo XC90 2016 года имеет поперечную листовую рессору с использованием композитных материалов для задней подвески, аналогичную концепции передней подвески Corvette 1983 года . В этой конструкции используется прямая листовая рессора, которая плотно прикреплена к шасси в центре; Концы пружины прикреплены болтами к подвеске колес, что позволяет пружине работать независимо на каждом колесе. Эта подвеска меньше, более плоская и легкая, чем традиционная подвеска.

Производственный процесс

Многолистовые рессоры изготавливаются следующим образом.

1. Процесс предварительной термообработки:
   1. слух
   2. коническая прокатка
   3. обрезка
   4. торцевая резка и прессование
   5. вторая деформация
   6. шарф и закатывание глаз
   7. кусать
   8. C'SKG штамповка
   9. сверление центрального отверстия.
2. Процессы термообработки:
   1. нагрев для закалки
   2. выпуклость
   3. закалка
   4. закалка.
3. Процессы посттермической обработки:
   1. исправление
   2. устранение бокового изгиба
   3. втулка
   4. расширение
   5. клепка зажима.
4. Сборка и обработка поверхности:
   1. дробеструйная обработка
   2. рисование
   3. сборка
   4. царапание
   5. маркировка и упаковка.

Термическая обработка

1. Нагрев для закалки. Для изготовления пружин можно использовать любой металл или сплав, который можно подвергнуть твердой вытяжке или прокатать до достаточно высокой прочности и сохранить достаточную пластичность для формирования формы, или любой сплав, который можно предварительно подвергнуть термической обработке до высокой прочности и хорошей пластичности. или после формования можно использовать. Особые свойства пружины, такие как хорошая усталостная долговечность, немагнитные характеристики, устойчивость к коррозии, повышенным температурам и сносу, требуют особого внимания. листья нагреваются до критической температуры в закалочной печи, работающей на жидком топливе. Обычно поддерживаемая температура составляет от 850°C до 950°C.
2. Изгиб: верхний лист известен как главный лист. Предусмотрена проушина для крепления пружины к другому элементу машины. Величина изгиба, придаваемого пружине от центральной линии, проходящей через проушины, называется развалом. Развал предусмотрен для того, чтобы даже при максимальной нагрузке отклоняющаяся пружина не касалась элемента машины, к которому она прикреплена. Развал, показанный на рисунке, известен как положительный развал. Центральный зажим необходим для удержания лепестков пружины. Для этой операции используется гидравлический пресс. Листья сгибаются до необходимого радиуса с помощью пресса. Все створки проверяются на требуемый радиус с помощью измерителей изгиба.
3. Закалка: Горячие согнутые листы помещают в лоток и закаливают в масляной ванне для получения мартенситной структуры. Мартенсит — самая твердая форма кристаллической структуры стали. Мартенсит образуется в углеродистых сталях при быстром охлаждении, то есть закалке аустенитной формы железа. Используемая машина представляет собой конвейерную закалочную масляную ванну. Температура воспламенения закалочного масла составляет около 200°С, при этом следят, чтобы температура масла не превышала 80°С. После закалки структура листовой рессоры становится очень твердой и это свойство не требуется. Но этот процесс необходим для установки листьев на правильный радиус после изгиба. Для снятия твердости производят закалку.
4. Закалка: Закалка — это процесс термической обработки, который используется для повышения прочности. Закаленные листья повторно нагревают, чтобы снизить твердость до необходимого уровня. Для этого процесса используется печь с электрическим нагревом. Твердость листьев определяется с помощью теста на твердость по Бринеллю — процесса, который также снимает напряжения. Температура внутри машины поддерживается в пределах от 540 до 680°C. Процесс закалки включает нагрев листьев ниже температуры их рекристаллизации и последующее охлаждение их водой или воздухом.

Другое использование

Кузнецы

Поскольку листовые рессоры изготавливаются из стали относительно высокого качества, они являются излюбленным материалом кузнецов . В таких странах, как Индия , Непал , Бангладеш , Филиппины , Мьянма и Пакистан , где традиционные кузнецы до сих пор производят большое количество инструментов страны, листовые рессоры от списанных автомобилей часто используются для изготовления ножей, кукри и других инструментов. Они также широко используются кузнецами-любителями и любителями.

На батутах

Листовые рессоры также заменили традиционные винтовые пружины в некоторых батутах (известных как батуты с мягкими краями), что повышает безопасность пользователей и снижает риск сотрясения мозга. Листовые рессоры расположены вокруг рамы в виде «ножек», которые отходят от базовой рамы и удерживают мат для прыжков, обеспечивая гибкость и устойчивость.

Клатчи

«Диафрагма», распространенная в автомобильных сцеплениях, представляет собой разновидность листовой рессоры.

См. также

• Тележка
• Перевозка
• Подвеска автомобиля
• Винтовая пружина
• Листовая рессора Корвета
• Пружина (устройство)
• Лифт подвески
• Передняя подвеска с поперечной листовой рессорой