7.2 Спиральные пружины
Спиральные пружины нашли наиболее широкое применение в подвесках легковых автомобилей и независимых подвесках малотоннажных грузовых автомобилей и автобусов. По сравнению с рессорами они компактны, имеют малую массу, бóльшие энергоемкость и долговечность, обеспечивают автомобилю высокую плавность хода и не требуют технического обслуживания. В то же время, в пружинах практически отсутствует трение, и они могут передавать только силы, действующие вдоль оси, поэтому пружинная подвеска требует наличия сложного направляющего и эффективного демпфирующего устройств.
Немаловажным фактором является удобство установки пружин соосно амортизаторам или стойкам подвески (рисунок 7.11), либо между рычагами и кузовом.
Рисунок 7.11: Стойка подвески с конической пружиной
В подвесках применяют цилиндрические, конические и бочкообразные пружины (рисунок 7.12).
Рис. 7.12: Пружины, применяемые в подвеске
а – цилиндрические; б – коническая с переменным шагом навивки; в – бочкообразная
При сжатии пружины ее витки сближаются и закручиваются. У цилиндрических пружин при деформации расстояние между витками сохраняется, и они имеют линейную характеристику жесткости (упругости), т.е. деформация пропорциональна приложенному усилию, а жесткость постоянна.
Рис. 7.13: Бочкообразная пружина из прутка переменного диаметра
Конические и бочкообразные пружины имеют переменную жесткость. Это обеспечивается формой пружин, переменным шагом их навивки или изготовлением из прутка переменного диаметра (рисунок 7.13).
При сжатии пружин с переменным шагом навивки сначала сближаются менее жесткие витки, а после их соприкосновения в работу вступают более жесткие.
Конструкция бочкообразных пружин, как правило, предусматривает уменьшение диаметра прутка на концах пружины и исключает их касание друг о друга, делая пружину компактной и практически бесшумной в эксплуатации. На ровной дороге или при частичной нагрузке, они с менее жесткими концевыми витками обеспечивают хорошую плавность хода и общее снижение нагрузки на элементы подвески и рулевого управления. На неровной дороге или при полной нагрузке в работу включается более жесткая часть пружины, в результате чего, прогрессивно возрастает жёсткость подвески.
Бочкообразные пружины более сложные в изготовлении, но при одинаковой жесткости с коническими пружинами имеют значительно меньшую массу (например, показанные на рисунке 7.12 новые бочкообразные пружины задней подвески автомобиля Porsche 911 GT3 при одинаковой жесткости 105 Н/мм на 600 г легче конических).
Пружины подвесок обычно изготовляют из калиброванной проволоки круглого сечения из легированных сталей 55С2А, 60С2А, 60С2Г и др.