CN104936804A - 撑杆式悬架装置和悬架装置用压缩螺旋弹簧 - Google Patents

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Abstract

撑杆式悬架装置(11)设有：压缩螺旋弹簧(12)、下侧弹簧座(13)、上侧弹簧座(14)、以及通过压缩螺旋弹簧(12)内侧的减振器(15)。压缩螺旋弹簧(12)布置成相对于减振器(15)向车辆外侧偏移的位置处。该压缩螺旋弹簧(12)以在弹簧座(13、14)之间被压缩的状态安装在车体(30)上。压缩螺旋弹簧(12)具有大直径钢丝部(40a)和小直径钢丝部(40b)。大直径钢丝部(40a)设置在压缩螺旋弹簧(12)的车辆内侧部分(12a)。小直径钢丝部(40b)设置在车辆外侧部分(12b)。大直径钢丝部(40a)的钢丝直径(d1)大于小钢丝部(40b)的钢丝直径(d2)。

Description

撑杆式悬架装置和悬架装置用压缩螺旋弹簧
技术领域
本发明涉及用于汽车等车辆的撑杆式悬架装置和用于该悬架装置的悬架装置用压缩螺旋弹簧。
背景技术
在专利文献1或专利文献2中披露了在汽车等车辆中使用的撑杆式悬架装置。这些悬架装置设有：压缩螺旋弹簧、下侧弹簧座、上侧弹簧座和减振器。上述压缩螺旋弹簧起到悬架弹簧的功能。上述下侧弹簧座设置在压缩螺旋弹簧的下端侧。上述上侧弹簧座设置在压缩螺旋弹簧的上端侧。上述减振器通过压缩螺旋弹簧的内侧。减振器包括：容纳流体的缸、伸缩自如地插入该缸内的杆、以及阻尼力产生机构等。阻尼力产生机构具有使杆的伸缩运动衰减的功能。
为了使减振器的缸和杆之间产生的滑动阻力变小，在专利文献1中，使压缩螺旋弹簧的螺旋中心轴的位置相对于减振器向车辆外侧偏移。在专利文献2的减振器中，使压缩螺旋弹簧的螺距角与钢丝(弹簧线)的圈数位置对应变化。
在本领域中，从减轻车辆重量的观点出发，非常希望使悬架装置用压缩螺旋弹簧实现轻量化。对于悬架装置用压缩螺旋弹簧而言，已知的是在施加载荷的状态下在钢丝各部分产生的应力一般是不固定的。为了使这种压缩螺旋弹簧实现轻量化，有效的方式是使钢丝的应力分布尽可能接近均匀(平缓)。作为使压缩螺旋弹簧的应力分布实现均匀的一种手段，如在专利文献3中记载的那样，提出了在钢丝的一圈之间使钢丝直径变化的方案。例如在专利文献3的图6所示的压缩螺旋弹簧中，使外力作用点相对于螺旋中心轴沿螺旋径向偏移。并且，使偏移一侧的钢丝直径减小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2000-103216号公报
专利文献2：日本专利特开2004-150637号公报
专利文献3：日本专利特开昭59-219534号公报
发明的公开
发明所要解决的技术问题
本发明人为了能够使在撑杆式悬架装置中使用的压缩螺旋弹簧的应力实现均匀化而进行了认真研究。结果发现，当使压缩螺旋弹簧的螺旋中心轴相对于减振器向车辆外侧偏移时，如果使车辆内侧的钢丝直径变小，则虽然钢丝的应力分布接近均匀化，但是应力分布的偏差反而变大。
因此，本发明的目的在于提供能够使压缩螺旋弹簧的应力分布接近均匀化的撑杆式悬架装置和悬架装置用压缩螺旋弹簧。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的撑杆式悬架装置具有：下侧弹簧座；上侧弹簧座；压缩螺旋弹簧，其具有以螺旋形成形的钢丝且以在上述下侧弹簧座和上述上侧弹簧座之间被压缩的状态设置；以及减振器，其具有缸和插入该缸内的杆，并且，通过上述压缩螺旋弹簧的内侧，上述压缩螺旋弹簧的上述钢丝具有：大直径钢丝部，其设置成比上述减振器更靠向车辆内侧，并且钢丝直径大于该钢丝的平均钢丝直径；小直径钢丝部，其设置成比上述减振器更靠向车辆外侧，并且钢丝直径小于上述大直径钢丝部；以及钢丝直径在上述大直径钢丝部和上述小直径钢丝部之间连续变化的丝径变化部。
在一种实施方式中，上述压缩螺旋弹簧设置在相对于上述减振器向车辆外侧偏移的位置处，在该压缩螺旋弹簧的车辆内侧部分(偏移相反侧)设置上述大直径钢丝部，在该压缩螺旋弹簧的车辆外侧部分(偏移侧)设置上述小直径钢丝部。此外，上述下侧弹簧座可以具有：内侧弹簧承载部，其支承上述压缩螺旋弹簧的下端侧座卷部中的车辆内侧的座卷部分；以及外侧弹簧承载部，其支承该下端侧座卷部中的车辆外侧的座卷部分，从该外侧弹簧承载部到上述上侧弹簧座的距离小于从上述内侧弹簧承载部到上述上侧弹簧座的距离。此外，上述压缩螺旋弹簧在上述下侧弹簧座和上述上侧弹簧座之间被压缩的状态下，该压缩螺旋弹簧的车辆外侧部分的压缩量可以大于车辆内侧部分的压缩量。
本发明的悬架装置用压缩螺旋弹簧具有以螺旋形成形的钢丝，并以在撑杆式悬架装置的下侧弹簧座和上侧弹簧座之间被压缩的状态布置，该压缩螺旋弹簧具有：大直径钢丝部，其设置成比减振器更靠向车辆内侧，并且钢丝直径大于该钢丝的平均钢丝直径；小直径钢丝部，其设置成比上述减振器更靠向车辆外侧，并且钢丝直径大于上述大直径钢丝部的钢丝直径；以及钢丝直径在上述大直径钢丝部和上述小直径钢丝部之间连续变化的丝径变化部。
发明效果
根据本发明，通过使在撑杆式悬架装置中使用的压缩螺旋弹簧的应力分布接近均匀化，可以实现撑杆式悬架装置用压缩螺旋弹簧的轻量化，进而能够使车辆实现轻量化。
附图说明
图1是立体图，其示意性地显示了具有本发明一种实施方式的撑杆式悬架装置的车辆一部分。
图2是图1所示的撑杆式悬架装置的纵断面图。
图3是立体图，其显示了在上述撑杆式悬架装置中使用的压缩螺旋弹簧的一个例子。
图4是显示图3所示的压缩螺旋弹簧距钢丝下端的距离和钢丝直径关系的视图。
具体实施方式
下面，参照图1至图4，对本发明一种实施方式的撑杆式悬架装置进行说明。
图1显示了用于车辆10前侧的撑杆式悬架装置11。图2是撑杆式悬架装置11的断面图。撑杆式悬架装置11包括：压缩螺旋弹簧12、下侧弹簧座13、上侧弹簧座14、减振器(撑杆)15和安装隔离件16。压缩螺旋弹簧12具有沿上下方向延伸的螺旋中心轴X1。下侧弹簧座13设置在压缩螺旋弹簧12的下端侧。上侧弹簧座14设置在压缩螺旋弹簧12的上端侧。减振器(撑杆)15通过压缩螺旋弹簧12的内侧。安装隔离件16设置在悬架装置11的上端。压缩螺旋弹簧12以压缩的状态设置在下侧弹簧座13和上侧弹簧座14之间。
减振器15具有：缸20、杆21、设置在缸20内部的阻尼力产生机构、以及盖部件22。在缸20的内部装有油等流体。杆21插入缸20内。盖部件22覆盖杆21的滑动部分。杆21能够相对于缸20沿减振器15的轴线X2方向伸缩。如果杆21和缸20沿轴线X2方向相对移动，则所述阻尼力产生机构发挥功能，在杆21的动作中产生阻力。
在缸20的下端部设有支架26。在支架26上安装有转向节部件25(如图1所示)。转向节部件25的下部通过球接头28可自由转动地支承在下臂27上。下臂27沿竖直方向能转动地安装在横梁29上。横梁29沿车辆10的宽度方向延伸。
图2中的X0表示重力的垂直线。X2表示减振器15的轴线。该撑杆式悬架装置11相对于重力的垂直线X0以使减振器15的轴线X2向内侧倾斜角度θ的姿态安装在车体30上。由此，减振器15的上部与下部相比位于车辆内侧。安装隔离件16具有防振橡胶31和固定在车体30上的支承部件32。该悬架装置11利用螺栓等固定用部件33，能摆动地安装在悬架装置安装部34(如图2所示)上。固定用部件33设置在支承部件32上。悬架装置安装部34是车体30的一部分。通过轴承35将悬架装置11支承成能以轴线X2为中心自由转动。
压缩螺旋弹簧12的螺旋中心轴X1相对于减振器15的轴线X2，布置在向车辆外侧(图2中箭头Z所示的方向)偏移的位置。由此，可以使缸20和杆21的滑动部的摩擦阻力变小。在图2中，与箭头Z相反侧是偏移相反侧。
下侧弹簧座13具有内侧弹簧承载部13a和外侧弹簧承载部13b。内侧弹簧承载部13a相对于车辆10的宽度方向位于车辆内侧。外侧弹簧承载部13b位于车辆外侧。内侧弹簧承载部13a的高度和外侧弹簧承载部13b的高度不同。从外侧弹簧承载部13b到上侧弹簧座14的距离L2小于从内侧弹簧承载部13a到上侧弹簧座14的距离L1。
图3显示了未向压缩螺旋弹簧12施加沿螺旋中心轴X1方向的载荷的状态(所谓自由状态)。在本说明书中，将在该自由状态下的压缩螺旋弹簧12的长度称为自由长度。如果向压缩螺旋弹簧12施加沿螺旋中心轴X1的载荷，则会使压缩螺旋弹簧12朝长度比自由长度变短的方向压缩并弯曲。
该压缩螺旋弹簧12以在下侧弹簧座13和上侧弹簧座14之间被压缩的装配状态安装在车体30上。在本说明书中将装配状态下的压缩螺旋弹簧12的长度称为组装高度。压缩螺旋弹簧12的车辆外侧部分12b的从自由长度到组装高度的压缩量大于车辆内侧部分12a的从自由长度到组装高度的压缩量。
如图3所示，压缩螺旋弹簧12具有以螺旋形成形的钢丝(弹簧线)40。钢丝40由弹簧钢形成，其断面为圆形。压缩螺旋弹簧12的一个例子是圆筒螺旋弹簧。但是，可以与悬架装置的规格对应地，使用圆柱形螺旋弹簧(日文：たる形コイルばね)、鼓形螺旋弹簧、锥形螺旋弹簧、不等间距螺旋弹簧、或在自由状态下预先产生主体部弯曲的螺旋弹簧等各种形式的压缩螺旋弹簧。
虽然对作为钢丝40的材料的弹簧钢的种类并没有特别限定，但是可以使用例如依据美国的“汽车工程学会(Society of Automotive Engineers)”的SAE9254。SAE9254的化学成分(质量％)是C：0.51～0.59、Si：1.20～1.60、Mn：0.60～0.80、Cr：0.60～0.80、S：最大0.040、P：最大0.030、剩余部分Fe。作为钢种类的其它例子，可以是依据JIS(日本工业标准)的SUP7或除此以外的钢种类。钢丝40的材料使用高耐腐蚀性弹簧钢时的化学成分(质量％)的一个例子是C：0.41、Si：1.73、Mn：0.17、Ni：0.53、Cr：1.05、V：0.163、Ti：0.056、Cu：0.21、剩余部分Fe。
压缩螺旋弹簧12以压缩的状态布置在下侧弹簧座13和上侧弹簧座14之间。并且，该压缩螺旋弹簧12弹性支承沿车辆10的竖直方向施加的载荷。本实施方式的钢丝40具有在钢丝40的大体每一圈中交替形成的大直径钢丝部40a和小直径钢丝部40b。大直径钢丝部40a相对于车辆的宽度方向布置在压缩螺旋弹簧12的车辆内侧部分12a(压缩螺旋弹簧的偏移相反侧)上。大直径钢丝部40a的钢丝直径d1大于该钢丝40的有效部的平均钢丝直径。
相对于此，小直径钢丝部40b相对于车辆的宽度方向布置在压缩螺旋弹簧12的车辆外侧部分12b(压缩螺旋弹簧的偏移侧)上。小直径钢丝部40b的钢丝直径d2比大直径钢丝部40a的钢丝直径d1小。在大直径钢丝部40a和小直径钢丝部40b之间形成丝径变化部40c，该丝径变化部40c的钢丝直径在大直径钢丝部40a的钢丝直径d1和小直径钢丝部40b的钢丝直径d2之间平滑且连续(例如锥状)变化。压缩螺旋弹簧12的下端侧座卷部40d和上端侧座卷部40e的钢丝直径小于有效部的钢丝直径，并且分别达到最小。
下端侧座卷部40d与下侧弹簧座13的上表面接触。下侧弹簧座13形成有内侧弹簧承载部13a和外侧弹簧承载部13b。如上所述，内侧弹簧承载部13a和外侧弹簧承载部13b的高度彼此不同。内侧弹簧承载部13a支承下端侧座卷部40d中车辆内侧的座卷部分。外侧弹簧承载部13b支承下端侧座卷部40d中车辆外侧的座卷部分。上端侧座卷部40e与上侧弹簧座14的下表面接触。
图4表示钢丝40的距下端40f(图3所示)的距离和钢丝直径关系的一个例子。如图4所示，与距下端40f的圈数位置对应，钢丝直径变化。即，在钢丝40的有效部，大约每一圈中交替形成在车辆内侧钢丝直径达到极大值的大直径钢丝部40a、以及在车辆外侧钢丝直径达到极小值的小直径钢丝部40b。在图4所示的例子中，大直径钢丝部40a的极大值为11.2～11.5mm，小直径钢丝部40b的极小值为9.6～9.8mm，有效部的平均钢丝直径为10.5mm。丝径变化部40c在钢丝40的有效部的大约每一圈中在钢丝直径的极大值和钢丝直径的极小值之间连续变化。座卷部40d、40e的钢丝直径分别为9mm而达到最小。图4中的双点划线M表示以往的钢丝直径固定的螺旋弹簧。
本实施方式的钢丝40沿长度方向使钢丝40的直径连续变化。这样直径变化的钢丝40能够利用例如切削等机械加工、由锻机成形实现的缩径(锻造的一种)、或利用冲压等塑性加工成形。在切削加工的情况下，在丝径变化的部分存在如下问题，即：产生导致应力集中成因的边界部和因切削而切断金属组织的金属流等。与此相比，利用锻造加工能够避免切削加工的问题，可以使丝径变化的部分平滑连续。另外，利用在供给侧的辊和拉拔侧的辊之间拉拔材料的无模加工装置，也可以形成大直径钢丝部40a、小直径钢丝部40b、丝径变化部40c和座卷部40d、40e。
利用这些加工装置加工而成的钢丝40在弯曲工序(例如热卷曲工序)中以螺旋形成形。进而，在进行回火等热处理和喷丸硬化后，能根据需要实施定位调整，并进行涂敷和质量检查，从而形成成品。在弹簧座13、14之间压缩该压缩螺旋弹簧12并以预先施加负荷的状态，将其组装在减振器15上，进而安装在车体30上。
这样，在设置于车辆10上的撑杆式悬架装置11上施加有竖直方向的载荷。与该载荷对应，压缩螺旋弹簧12在下侧弹簧座13和上侧弹簧座14之间进一步被压缩而弯曲。与距压缩螺旋弹簧12的组装高度的压缩量对应，减振器15沿轴线X2方向伸缩，并且与载荷对应，下侧弹簧座13和上侧弹簧座14之间的距离变化。但是，即使压缩螺旋弹簧12的压缩量变化，弹簧座13、14的姿势也保持固定。因此，组装在弹簧座13、14之间的压缩螺旋弹簧12与载荷对应，车辆内侧部分12a和车辆外侧部分12b分别以同等行程被压缩。
本实施方式的压缩螺旋弹簧12在车辆内侧部分12a(压缩螺旋弹簧12的偏移相反侧)具有大直径钢丝部40a，并且在车辆外侧部分12b(压缩螺旋弹簧12的偏移侧)具有小直径钢丝部40b。通过形成这种形状，能够使处于在弹簧座13、14之间被压缩状态的钢丝40的应力分布接近均匀化。并且，与钢丝直径固定的以往产品相比，能够使压缩螺旋弹簧12实现轻量化。
作为一个例子，以往的压缩螺旋弹簧的钢丝直径为11.0mm、总圈数为5.39、弹簧常数为33.3N/mm、质量为2.09kg，与此相对，本实施方式的压缩螺旋弹簧12的大直径钢丝部40a的钢丝直径d1为11.3mm、小直径钢丝部40b的钢丝直径d2为9.7mm、平均丝径为10.5mm、总圈数为4.93、弹簧常数为33.3N/mm、质量为1.79kg，与以往产品相比，能够实现14.4％的轻量化。
工业上的可利用性
在实施本发明的过程中，不言而喻，可以对压缩螺旋弹簧的具体形状、尺寸、圈数、材料(钢种)、弹簧常数、构成撑杆式悬架装置的各要素(例如减振器和上下的弹簧座等)的形式或结构、布置等进行各种变更来实施本发明。
符号说明
10...车辆、11...撑杆式悬架装置、12...悬架装置用压缩螺旋弹簧、12a...车辆内侧部分、12b...车辆外侧部分、13...下侧弹簧座、13a...内侧弹簧承载部、13b...外侧弹簧承载部、14...上侧弹簧座、15...减振器、20...缸、21...杆、40...钢丝、40a...大直径钢丝部、40b...小直径钢丝部、40c...丝径变化部、40d...下端侧座卷部、40e...上端侧座卷部。

Claims (6)

1.一种撑杆式悬架装置，其包括：
下侧弹簧座(13)；
上侧弹簧座(14)；
压缩螺旋弹簧(12)，其具有以螺旋形成形的钢丝(40)，并且，以在上述下侧弹簧座(13)与上述上侧弹簧座(14)之间被压缩的状态布置；以及
减振器(15)，其具有缸(20)和插入该缸(20)内的杆(21)，并穿过上述压缩螺旋弹簧(12)的内侧，
上述撑杆式悬架装置(11)的特征在于，
上述压缩螺旋弹簧(12)的上述钢丝(40)包括：
大直径钢丝部(40a)，其布置成比上述减振器(15)更靠向车辆内侧，并且钢丝直径(d1)大于上述钢丝(40)的平均钢丝直径；
小直径钢丝部(40b)，其布置成比上述减振器(15)更靠向车辆外侧，并且钢丝直径(d2)小于上述大直径钢丝部(40a)的钢丝直径(d1)；以及
钢丝直径在上述大直径钢丝部(40a)和上述小直径钢丝部(40b)之间连续变化的丝径变化部(40c)。
2.根据权利要求1所述的撑杆式悬架装置(11)，其特征在于，
相对于上述减振器(15)，上述压缩螺旋弹簧(12)布置在向车辆外侧偏移的位置处，在该压缩螺旋弹簧(12)的车辆内侧部分(12a)设有上述大直径钢丝部(40a)，在该压缩螺旋弹簧(12)的车辆外侧部分(12b)设有上述小直径钢丝部(40b)。
3.根据权利要求1所述的撑杆式悬架装置(11)，其特征在于，
上述下侧弹簧座(13)具有：内侧弹簧承载部(13a)，其支承上述压缩螺旋弹簧(12)的下端侧座卷部(40d)中的车辆内侧的座卷部分；以及外侧弹簧承载部(13b)，其支承上述下端侧座卷部(40d)中的车辆外侧的座卷部分，从该外侧弹簧承载部(13b)至上述上侧弹簧座(14)的距离(L2)小于从上述内侧弹簧承载部(13a)到上述上侧弹簧座(14)的距离(L1)。
4.根据权利要求2所述的撑杆式悬架装置(11)，其特征在于，
上述下侧弹簧座(13)具有：内侧弹簧承载部(13a)，其支承上述压缩螺旋弹簧(12)的下端侧座卷部(40d)中的车辆内侧的座卷部分；以及外侧弹簧承载部(13b)，其支承上述下端侧座卷部(40d)中的车辆外侧的座卷部分，从该外侧弹簧承载部(13b)到上述上侧弹簧座(14)的距离(L2)小于从上述内侧弹簧承载部(13a)到上述上侧弹簧座(14)的距离(L1)。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的撑杆式悬架装置(11)，其特征在于，
在上述压缩螺旋弹簧(12)在上述下侧弹簧座(13)和上述上侧弹簧座(14)之间被压缩的状态下，该压缩螺旋弹簧(12)的车辆外侧部分(12b)的压缩量大于车辆内侧部分(12a)的压缩量。
6.一种悬架装置用压缩螺旋弹簧(12)，其具有以螺旋形成形的钢丝(40)，并以在撑杆式悬架装置(11)的下侧弹簧座(13)和上侧弹簧座(14)之间被压缩的状态布置，其特征在于，
上述钢丝(40)包括：
大直径钢丝部(40a)，其配置成比减振器(15)更靠向车辆内侧，并且钢丝直径(d1)大于上述钢丝(40)的平均钢丝直径；
小直径钢丝部(40b)，其配置成比上述减振器(15)更靠向车辆外侧，并且钢丝直径(d2)小于上述大直径钢丝部(40a)的钢丝直径(d1)；以及
钢丝直径在上述大直径钢丝部(40a)和上述小直径钢丝部(40b)之间连续变化的丝径变化部(40c)。
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