stringtranslate.com

Листовая рессора

Традиционная полуэллиптическая рессорная конструкция Hotchkiss. Слева пружина соединена с рамой через скобу.

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

Листовые рессоры могут выполнять несколько функций подвески: позиционирование, пружинение и в некоторой степени также амортизацию посредством межлистового трения. Однако это трение не контролируется должным образом, что приводит к заеданию и нерегулярным движениям подвески. По этой причине некоторые производители используют однолистовые рессоры.

Эксплуатация и базовая конструкция

Общая схема пакета листовых рессор без проушин; листы скреплены между собой центральным болтом, расположенным посередине длины рессоры, а поперечное выравнивание обеспечивается несколькими зажимами

Листовая рессора имеет форму тонкой дугообразной длины пружинной стали прямоугольного поперечного сечения. В наиболее распространенной конфигурации центр дуги обеспечивает место для оси , в то время как петли, образованные на обоих концах, обеспечивают крепление к шасси транспортного средства. 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, мастер или лист № 1, с листьями, пронумерованными в порядке убывания длины. [1] : 1–3  Проушины на конце листовой рессоры формируют главный лист. [2] : 6  В общем, кроме главного листа, другие листья сужаются на каждом конце. [2] : 8  Иногда вспомогательные или возвратные листы являются частью основного пружинного пакета, в этом случае вспомогательный лист, ближайший к основному листу, имеет номер 1, следующий ближайший — номер 2 и т. д. [1] : 3  Листы крепятся друг к другу с помощью центрального болта, который находится в средней точке или около нее по длине листовой рессоры. [2] : 8  Чтобы гарантировать, что листы остаются выровненными по бокам, можно использовать несколько методов, включая выемки и пазы между листами или внешние зажимы. [2] : 9–12 

Было обнаружено, что пружинные стали наиболее эффективны при содержании углерода около 1%. [2] : 13–15  Толщина отдельных листов определяется калибром Стаббса или Бирмингема , при этом типичная толщина составляет от 0,203 до 0,375 дюйма (от 5,2 до 9,5 мм) (калибр от 6 до 3/8 или 00). [2] : 16  Материал и размеры следует выбирать таким образом, чтобы каждый лист мог быть закален и имел полностью мартенситную структуру по всему сечению. Подходящие сплавы пружинной стали включают 55Si7, 60Si7, 65Si7, 50Cr4V2 и 60Cr4V2. [1] : 6 

Характеристики

Каждая сторона этой задней оси подвешена листовой рессорой. Передняя проушина каждой листовой рессоры закреплена на раме; задняя проушина прикреплена скобой, которая поворачивается, позволяя пружине удлиняться при ее изгибе.

Два конца листовой рессоры обычно формируются в круглые проушины или люверсы, через которые крепеж соединяет каждый конец пружины с рамой или кузовом транспортного средства . Некоторые пружины заканчиваются вогнутым концом, называемым ложечным концом (сейчас используется редко), чтобы вместо этого нести поворотный элемент. Один проушина обычно фиксирована, но может поворачиваться вместе с движением пружины, тогда как другой проушина крепится к шарнирному механизму, который позволяет этому концу поворачиваться и совершать ограниченное движение. Листовая рессора может быть либо прикреплена непосредственно к раме в обоих проушинах, либо прикреплена непосредственно к одному концу, обычно спереди, с другим концом, прикрепленным через скобу: короткий качающийся рычаг. Скоба принимает тенденцию листовой рессоры удлиняться при сжатии и, таким образом, делает подвеску мягче. Скоба обеспечивает некоторую степень гибкости листовой рессоры, чтобы она не вышла из строя при воздействии больших нагрузок. Ось обычно крепится к середине пружины с помощью U-образных болтов . [3]

Листовая рессора действует как связь, удерживающая ось в нужном положении, и, таким образом, отдельные связи не нужны. В результате получается простая и прочная подвеска. Межлистовое трение гасит движение пружины и уменьшает отскок, что до тех пор, пока амортизаторы не получили широкого распространения, было очень существенным преимуществом по сравнению с винтовыми пружинами . [4] Однако, поскольку листовая рессора также служит для удержания оси в нужном положении, мягкие пружины, т. е. пружины с низкой жесткостью пружины, не подходят. Вытекающая из этого жесткость, в дополнение к межлистовому трению, делает этот тип подвески не особенно удобным для ездоков. [ требуется цитата ]

Типы

Трехчетвертная эллиптическая листовая рессора на каретке.

Существует множество листовых рессор, обычно использующих слово «эллиптический». «Эллиптические» или «полностью эллиптические» листовые рессоры, запатентованные в 1804 году британским изобретателем Обадией Эллиоттом , относились к двум круглым дугам, соединенным на своих концах. Это было присоединено к раме в верхнем центре верхней дуги, нижний центр был присоединен к «живым» компонентам подвески, таким как сплошная передняя ось. Дополнительные компоненты подвески, такие как продольные рычаги , обычно требовались для этой конструкции, но не для «полуэллиптических» листовых рессор, используемых в приводе Гочкиса . В нем использовалась нижняя дуга, отсюда и ее название.

«Четверть-эллиптические» рессоры часто имели самую толстую часть стопки листьев, вставленную в задний конец боковых частей короткой лестничной рамы, а свободный конец был прикреплен к дифференциалу, как в Austin Seven 1920-х годов. В качестве примера неэллиптических листовых рессор можно привести Ford Model T , имевший несколько листовых рессор над дифференциалом, изогнутых в форме хомута . В качестве замены демпферам ( амортизаторам ) некоторые производители прокладывали между металлическими листьями неметаллические листы, например, деревянные.

Изобретение Эллиота произвело революцию в проектировании и строительстве экипажей, устранив необходимость в тяжелой подставке и сделав транспортировку по неровным дорогам более быстрой, легкой и менее затратной. [5]

Диаграмма конической или параболической листовой рессоры

Более современная реализация — параболическая листовая рессора. Эта конструкция характеризуется меньшим количеством листов, толщина которых изменяется от центра к концам по параболической кривой . Цель этой конструкции — уменьшить трение между листами, и поэтому контакт между листами происходит только на концах и в центре, где соединена ось. Распорки предотвращают контакт в других точках. Помимо экономии веса, основным преимуществом параболических рессор является их большая гибкость, что приводит к улучшению качества езды , которое приближается к качеству винтовых пружин; компромисс заключается в снижении грузоподъемности. Они широко используются в автобусах для повышения комфорта.

Дальнейшая разработка британской компании GKN и Chevrolet, в частности, Corvette, заключается в переходе на композитные пластиковые листовые рессоры. Тем не менее, из-за отсутствия межлистового трения и других внутренних демпфирующих эффектов, этот тип рессоры требует более мощных демпферов/амортизаторов.

Обычно при использовании в автомобильной подвеске лист и поддерживает ось, и определяет/частично определяет ось. Это может привести к проблемам с управлением (например, «пробуксовка оси»), так как гибкая природа пружины затрудняет точный контроль неподрессоренной массы оси. Некоторые конструкции подвески используют тягу Уоттса (или тягу Панара ) и радиусные рычаги для определения положения оси и не имеют этого недостатка. Такие конструкции могут использовать более мягкие пружины, что обеспечивает лучшую езду. Примерами служат различные задние подвески Austin-Healey 3000 и Fiat 128 .

История

Пружина кареты XVII века в Лиссабонском музее карет

Самые ранние известные листовые рессоры начали появляться на экипажах во Франции в середине 17-го века в форме двухсекционной локтевой пружины (как проиллюстрированный пример из Лиссабона), а затем перекочевали в Англию и Германию, [6] появившись на экипажах богатых людей в этих странах около 1750 года. [2] : 1  Доктор Ричард Ловелл Эджворт был награжден тремя золотыми медалями Обществом английских искусств и производителей в 1768 году за демонстрацию превосходства рессорных экипажей. К 1796 году «Трактат о экипажах » Уильяма Фелтона показал , что листовые рессоры регулярно продавались в каретной промышленности конца 18-го века. [7] : 87–97  [2] : 1 

Обадия Эллиот считается изобретателем современной листовой рессоры, получив патент 1804 года на эллиптические листовые рессоры, что принесло ему значительное признание и доход, и инженеры начали изучать листовые рессоры, чтобы разработать улучшенные конструкции и производственные процессы. Механика и прогиб листовых рессор были разработаны Кларком (1855), Францем Рело (1861), [8] и Г. Р. Хендерсоном (1894). [2] : 1  [9] [10] Улучшенные процессы прокатки стали, технологические инструменты и сплавы пружинной стали были разработаны во второй половине 19-го века, что сделало производство листовых рессор более последовательным и менее дорогим. [2] : 2 

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

Листовые рессоры были очень распространены на автомобилях до 1970-х годов, когда производители автомобилей перешли в основном на передний привод , и были разработаны более сложные конструкции подвески с использованием вместо них винтовых пружин . Сегодня листовые рессоры по-прежнему используются в тяжелых коммерческих транспортных средствах, таких как фургоны и грузовики , внедорожники и железнодорожные вагоны . Для тяжелых транспортных средств они имеют преимущество в том, что распределяют нагрузку более широко по шасси автомобиля, тогда как винтовые пружины переносят ее в одну точку. В отличие от винтовых пружин, листовые рессоры также определяют положение задней оси, устраняя необходимость в продольных рычагах и тяге Панара , тем самым экономя стоимость и вес в простой задней подвеске ведущего моста . Еще одним преимуществом листовой рессоры перед винтовой пружиной является то, что конец листовой рессоры может быть направлен по определенной траектории. Во многих грузовиках конца 1990-х и начала 2000-х годов листовая рессора соединена с шаровым шарниром Hinkle Beam.

Листовая рессора также нашла современное применение в автомобилях. Например, Chevrolet Corvette Sting Ray 1963 года выпуска использует поперечную листовую рессору для своей независимой задней подвески. Аналогично, Volvo XC90 2016 года выпуска имеет поперечную листовую рессору с использованием композитных материалов для своей задней подвески, схожую по концепции с передней подвеской Corvette 1983 года выпуска . Эта конструкция использует прямую листовую рессору, которая плотно закреплена на шасси в центре; концы пружины прикреплены болтами к подвеске колеса, что позволяет пружине работать независимо на каждом колесе. Эта подвеска меньше, плоская и легкая, чем традиционная установка.

Процесс производства

Многолистовые рессоры изготавливаются следующим образом.

  1. Процесс предварительной термической обработки:
    1. течение
    2. коническая прокатка
    3. обрезка
    4. резка и прессование концов
    5. вторая деформация
    6. покрывание шарфом и закатывание глаз
    7. щипать
    8. C'SKG штамповка
    9. сверление центрального отверстия.
  2. Процессы термической обработки:
    1. нагрев для закалки
    2. прогиб
    3. закалка
    4. закалка.
  3. Процессы последующей термической обработки:
    1. исправление
    2. удаление бокового изгиба
    3. втулка
    4. рассверливание
    5. заклепка зажима.
  4. Сборка и отделка поверхности:
    1. дробеструйная обработка
    2. рисование
    3. сборка
    4. скрэггинг
    5. маркировка и упаковка.

Термическая обработка

  1. Нагрев для закалки: Любой металл или сплав, который может быть подвергнут жесткой вытяжке или прокатке до достаточно высокой прочности и сохраняет достаточную пластичность для формовки, может использоваться для пружин, или любой сплав, который может быть подвергнут термической обработке до высокой прочности и хорошей пластичности до или после формовки. Для особых свойств пружин, таких как хорошая усталостная долговечность, немагнитные характеристики, стойкость к коррозии, повышенным температурам и дрейфу, требуются особые соображения. листы нагреваются до критической температуры в закалочной печи на масляном топливе. Обычно поддерживаемая температура составляет от 850°C до 950°C.
  2. Выгиб: Верхний лист известен как главный лист. Ушко предусмотрено для крепления пружины к другому элементу машины. Величина изгиба, которая придается пружине от центральной линии, проходящей через проушины, известна как выгиб. Выгиб предусмотрен таким образом, чтобы даже при максимальной нагрузке прогнутая пружина не касалась элемента машины, к которому она прикреплена. Выгиб, показанный на рисунке, известен как положительный выгиб. Центральный зажим необходим для удержания листов пружины. Машина, используемая для этой операции, — гидравлический пресс. Листы сгибаются до требуемого радиуса с помощью пресса. Все листы проверяются на требуемый радиус с помощью измерителей выгиба.
  3. Закалка: горячие изогнутые листы хранятся в поддоне и закаливаются в масляной ванне для получения мартенситной структуры. Мартенсит является самой твердой формой кристаллической структуры стали. Мартенсит образуется в углеродистых сталях путем быстрого охлаждения, что является закалкой аустенитной формы железа. Используемая машина представляет собой конвейерную закалочную масляную ванну. Температура возгорания закалочного масла составляет около 200 °C, и следует следить за тем, чтобы температура масла не превышала 80 °C. После закалки структура листовой пружины становится очень твердой, и это свойство не требуется. Но этот процесс необходим для установки листов на правильный радиус после изгиба. Чтобы удалить твердость, проводят отпуск.
  4. Закалка: Закалка — это процесс термической обработки, который используется для повышения прочности. Закаленные листья повторно нагреваются для снижения твердости до требуемого уровня. Для этого процесса используется электрическая нагреваемая печь. Твердость листьев определяется с помощью испытания на твердость по Бринеллю, процесса, который также снимает напряжения. Температура внутри машины поддерживается в диапазоне от 540 до 680 °C. Процесс закалки включает нагрев листьев ниже температуры их рекристаллизации, а затем их охлаждение с помощью воды или воздуха.

Другие применения

Кузнецы

Поскольку листовые рессоры изготавливаются из относительно высококачественной стали, они являются излюбленным материалом кузнецов . В таких странах, как Индия , Непал , Бангладеш , Филиппины , Мьянма и Пакистан , где традиционные кузнецы по-прежнему производят большую часть инструментов страны, листовые рессоры из списанных автомобилей часто используются для изготовления ножей, кукри и других инструментов. [11] Их также часто используют кузнецы-любители и любители.

На батутах

Листовые пружины также заменили традиционные спиральные пружины в некоторых батутах (известных как батуты с мягким краем), что повышает безопасность пользователей и снижает риск сотрясения мозга. [12] Листовые пружины расположены вокруг рамы в виде «ножек», которые ответвляются от базовой рамы для подвешивания прыжкового мата, обеспечивая гибкость и упругость. [13]

Сцепления

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc "IS 1135(1995): Сборка листовых рессор для автомобилей". Бюро индийских стандартов. 1995. Получено 13 октября 2022 г.
  2. ^ abcdefghij Листовые рессоры: их характеристики и методы спецификации. Уилксбарре, Пенсильвания: Sheldon Axle Company. 1912.
  3. ^ Stockel, Martin W.; Stockel, Martin T.; Johanson, Chris (1996). Auto Fundamentals . Tinley Park: The Goodheart-Willcox Company, Inc. стр. 455. ISBN 1566371384.
  4. ^ "Пружины – Простое исследование подвески автомобиля". The Automotor Journal : 936–937. 10 августа 1912 г.
  5. ^ "Экипажи и кареты". стр. 205.
  6. ^ Терьер, Макс (1986). «Изобретение средств передвижения». Revue d'Histoire des Sciences . 39 (1): 17–30. дои : 10.3406/rhs.1986.4016.
  7. ^ Фелтон, Уильям (1996) [1796]. Трактат о экипажах (переиздание обоих томов). Astragal Press. ISBN 1879335700. ОЛ  21753408М.(Оригинальный том I, Оригинальный том II)
  8. ^ Рело, Франц (1861). Дер Конструктор. Брауншвейг: Ф. Видег . Проверено 13 октября 2022 г.
  9. ^ Роуленд, EK (1911). «Листовые рессоры». Труды . 6. Общество инженеров-автомобилестроителей: 156–191. JSTOR  44579553.
  10. ^ Хендерсон, GR (1894). «Графический метод проектирования пружин». Труды . XVI . Американское общество инженеров-механиков: 92–105 . Получено 13 октября 2022 г.
  11. ^ "Камис, производители хукури из Непала" . Гималайский-imports.com . Проверено 6 ноября 2011 г.
  12. ^ "Прыжок веры Джо Андона". The Australian . Получено 4 июля 2013 г.
  13. ^ "Батуты WO 2012167300 A1" . Получено 4 июля 2013 .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Листовые рессоры .