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  • skyluh

#119 一些車用彈簧的入門知識



在過往的幾期文章中,我們為大家詳細地介紹了輪胎各個方面的理論和鮮為人知的小秘密。在接下來的幾期文章中,我們將進入下一個階段的解讀,一些逐漸深入的關於底盤零部件以及實際操作的技巧及知識。

首先向大家介紹的是彈簧這個部件。畢竟改裝圈有一句俗語叫做:一低遮百醜,先不說通過換短簧將車降低是否會對操控以及原廠減震器壽命產生負面影響,但是這句俗語能夠體現出彈簧在改裝以及賽車領域的重要地位。

在汽車的發展史上,在木質板簧之後出現的更高級別的進化產品是充氣輪胎。充氣輪胎為舒適性的提升做出了重大的貢獻,並且這個發明被沿用至今。並且早年間,也有工程師用油這種不可壓縮的流體嘗試過作為彈簧的可行性,至今這種想法依舊偶爾會被一些公司進行實驗,但是依舊沒有真正成功地研發出樣品。


板簧的優勢在於壽命長,易於更換,但是自身重量過大。當今的車廠依舊偶爾會出現使用板簧的產品,比如Chevrolet Corvette C7,使用由纖維複合材質製造的板簧,從而彌補重量上的劣勢。橡膠這種材質同樣可以被當做彈簧使用,但是橡膠的問題在於它的彈性係數是非線性的。



所以隨著汽車行業的發展,除了一些採用空氣避震系統的車型之外,當今幾乎所有在售車都採用鋼製螺旋彈簧。在賽車領域,2006年Yamaha Crosser彈簧甚至由鈦製成,從而又能夠減輕出幾百g的重量優勢。


彈簧是用來承載汽車的重量的,但只有搭配減震器才能夠讓車真正安全、舒適地行使在路上。彈簧本身有很多任務,首先就是承載車輛的重量,吸收路面產生的顛簸。因此彈簧的壓縮和拉伸行程的長度需要於車輛本身以及減震器行程相匹配,不然在壓縮時會與車身零部件產生干涉,產生損壞。同時彈簧還收到來自駕駛員的加速煞車以及轉向的指令,並且吸收相應非簧載重量的振動,而這些振動需要最重由減震器從動能轉換成熱量化解掉。在下邊這個公式中,我們可以看到彈簧的彈性係數R與彈簧粗細d,彈簧圈數n以及螺旋直徑D的關係。


影響彈簧軟硬最重要的因素的是彈簧的粗細,因為它是4次方的影響。之後是彈簧螺旋的直徑,直徑越小,彈簧會越硬;彈簧的螺旋圈數越多,彈簧會越軟。


在汽車領域,彈簧的壓縮行程是正的,拉伸行程是負的。一般一個彈簧的表述方式是例如70-170-60。70代表的是彈簧剛度70 kg/cm,170 mm靜態長度,以及60 mm的彈簧直徑(在歐洲彈簧直徑基本都是60mm因此一般也會省略掉)。彈簧剛度一般是kg/cm或N/mm的單位,一般運動型彈簧的剛度在50~60 kg/cm這個區間。在賽車領域,這個數值甚至可以上升到300 kg/cm。



必須值得注意的是,所謂的線性彈簧,其實在整個運動區間內並不一定是完美線性的。在之後的幾期文章中,我們會介紹如何用輪秤去測量車輪載荷從而調校出完美的配重。改裝的短簧都要明顯短於原廠彈簧,一般從降低30 mm開始,甚至更多。但是也相應的會明顯更硬,從而彌補減少的可壓縮行程,防止車輪與輪拱內部接觸。在下圖中是一個線性彈簧測量出的特性曲線,我們可以看到這條曲線只是近似直線而已。


如果彈簧的剛度是漸進的,那麼在彈簧壓縮時剛度會逐步增加,也就是壓縮越多,彈簧越硬。通過壓縮時越來越多的彈簧圈數相接觸來實現這個漸進特性。因此我們會看到這種彈簧的螺旋之間有很多類似塑料材質的套子,來預防彈簧螺旋相互頻繁接觸導致的漆面破損,從而產生的腐蝕生鏽。


對於追求姿態車子降的很低的車友而言,如果降低車身過於劇烈,那麼在彈簧完全拉伸狀態下(例如車輛在紐柏林北賽道的Pflanzgarten下坡的進彎前會小幅度四輪完全離地),還需要一個輔助彈簧來預防主彈簧從彈簧座上脫離,從而落地時造成事故。另一個措施是將減震器的行程進行一定程度的縮短,從而使彈簧本身無法完全處於拉伸狀態。但是這樣一來彈簧的運動行程就進一步受到了限制,從而車輪離地的機率會進一步增加,因此車輛底盤相應的調校和減震器行程與阻尼的選擇就是下一步需要探討的事情了。


在接下來幾期的文章中,我們將逐步為大家介紹彈簧的選擇、與減震器的配合、防傾桿,通過改裝減震器的高度如何調整配重以及對操控的重要影響,以及減震器本身及調校這個重要的話題。



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