一．问题的提出

    助力器异响的时常发生影响了公司产品的正常交付，为此，公司领导和技术总工程师下达指示：要求尽快解决助力器的“异响”问题。我们经过仔细的研究分析，提出了解决异响的方法。

二．问题的解决

1．分析

    由于助力器是一个密封的容器，不可能直观的从外表来发现“异响”的根源。而经过核查，在设计图上也没有找到跟“异响”有关联的配合件相互之间能产生干涉的问题。后来，通过试验机对几种型号回位弹簧的模拟压缩试验和反复比较，得出了助力器的异响主要来源于：助力器中的回位弹簧在压缩过程中产生的圈与圈之间的摩擦声，以及弹簧圈与活塞体之间发出的摩擦声。为什么助力器弹簧会出现这样的摩擦声音?如何解释符合设计图纸要求的同一型号、同一批次，或者同一型号、不同批次的弹簧，在装配时都会出现数量不等的“异响”问题?在排除了弹簧的材料、热处理和制造等的原因后，并请求上海中国弹簧厂协助解决问题也未果的情况下，笔者对回位弹簧的结构形式提出了疑问。

    出现异响的各种型号的助力器几乎都是按照主机厂提供的样件进行研制，其中部分样件还是国外引进来的，回位弹簧也基本上是按照这些样件测绘而成。为了分析问题，首先对这些回位弹簧进行探讨，可以将目前国内外助力器回位弹簧分成三类：

    ① 截锥形螺旋压缩弹簧；②中凸形螺旋压缩弹簧；③圆柱螺旋压缩弹簧(见图1—图3)

    对三种形式回位弹簧的特性作比较如下：

    ①锥形螺旋弹簧

    截锥形螺旋弹簧的刚度为变值；对于缓和或消除共振有利；与圆柱螺旋弹簧相比较，在相同的外廓尺寸情况下它能承受较大的载荷，并可以产生较大的变形，而且全压缩高度比较小，另外，它在受力时的稳定性能也比较好，所以它与圆柱螺旋压缩弹簧比较，具有较大的横向稳定性。

    ②中凸形螺旋压缩弹簧

    中凸形螺旋压缩弹簧的刚度为变值，对于缓和或消除共振有利；与截锥螺旋弹簧和圆柱螺旋弹簧相比较，在相同的外廓尺寸情况下它能承受更大的载荷，并可以产生较大的变形；但设计困难，制造麻烦。

    ③圆柱螺旋压缩弹簧

    圆柱螺旋压缩弹簧刚度为定值；在相同的外廓尺寸情况下它能承受的载荷比中凸形螺旋弹簧和截锥形螺旋弹簧稍微小一些；但外形简单，设计和制造方便。

2．原因

    通过对三种形式回位弹簧的特性比较，可以得出，为了在相同的外廓尺寸情况下，使助力器获得较大的载荷，和较大的行程，国内外的设计人员采用截锥形或中凸形的结构形式。但是，要精确设计和制造这两种弹簧却是有一定的难度，这是因为这两种弹簧的设计和制造相对于圆柱弹簧来讲都是比较复杂的。可以对这三种回位弹簧作进一步的讨论。

    ①截锥螺旋弹簧

    截锥螺旋弹簧可以分成等节距型和等螺旋升角型两种。

    (1)等节距截锥螺旋弹簧

    它的弹簧丝轴线是一条空间螺旋线，这条螺旋线在与其形成的圆锥中心线相垂直的支承面上的投影是一条阿基米德螺旋线。等节距截锥形弹簧各弹簧圈的螺距是一个常量，螺旋升角是一个变量。

    (2)等螺旋升角截锥螺旋弹簧

    它的弹簧丝轴线是一条空间螺旋线，这条螺旋线在与其形成的圆锥中心线相垂直的支承面上的投影是一条对数螺旋线。等螺旋升角截锥形弹簧的螺旋升角是一个常量，各弹簧圈的螺距是一个变量。

    应该说明的是直到目前，国内有关机械制造的设计手册在介绍这两种类型弹簧的设计时都是“比较模糊”。

    ②中凸形螺旋压缩弹簧

    目前，国内没有见到有关于介绍中凸形螺旋压缩弹簧的设计方法，但是可以把它当成两个大端头相连接的截锥螺旋弹簧来考虑设计和制造。

    正是由于国内有关机械制造的设计手册在介绍截锥形弹簧的设计时比较模糊，引进的截锥形和中凸形回位弹簧的设计图，也都没有做出明确的弹簧类型、螺旋线、螺旋角(节距)和它们的力学特性等规定。可以设想，假如制造出来的弹簧螺旋线、螺旋角(节距)不成规矩，该弹簧在受力时，作用在弹簧丝上的压力就不均匀，弹簧丝的变形就不会沿着垂直于底面的轴心线而上和下，整个弹簧受力时的状态就有可能出现如图4所示的“失稳”状况。弹簧的“失稳”就使得助力器中的回位弹簧在压缩过程中产生圈与圈之间的摩擦。

    ③．圆柱螺旋压缩弹簧

    如前面所介绍，圆柱螺旋压缩弹簧的外型简单，制造方便。但是存在异响问题的UD22等型号的HFC6700回位弹簧(图5左)由于它的长度与直径之比达到了3.49，已经超过了在正常情况下圆柱弹簧的长度与直径之比小于2.25的范围。所以弹簧受力时就会出现失稳(图5中)造成弹簧圈与活塞体之间发生摩擦。

3．解决办法

    ①由于中凸形回位弹簧的设计比较麻烦，该类型弹簧外形尺寸，螺旋线、螺旋角(节距)和它们的力学特性以及验收条件等，在国内都还没有统一的标准。即使我们将弹簧设计得比较完美，但制造厂家并不见得能够高质量、大批量地提供合格的弹簧。期间，上海中国弹簧厂曾建议将截锥形弹簧和中凸形回位弹簧钢丝圈的表面用橡胶或塑料套来“消声”，但此举成本太高。后来，在不改变助力器的其它配合件的外形尺寸和力学性能的前提下，通过计算机优化设计，研制成CA7130—3510047型的圆柱形回位弹簧，代替原来的CA7t30-3510047中凸形回位弹簧。CA7130弹簧同时用在XS6402；QLl027(P31)等型号上。

    ②在不改变助力器的力学性能的前提下，仅仅改动—个弹簧座的高度尺寸，将HFC6700型圆柱回位弹簧改成P31型回位弹簧(见图7右)该弹簧可lll同时用在UD22、QLl027(31)、EQl040D和BJ1049等型号上。

    ③按照《制动器用截锥形螺旋弹簧设计与制造技术规范》(亚太企业标准)对L01-3510024回位弹簧的原设计图进行了重新设计更改。

三．结束语

    通过对上述三种形式回位弹簧的重新设计或者更改，并经过近一年来，多品种、多批次的验证，我公司生产的UD22、P31、EQl040、BJ1049A、XS6402、QLl027(P31)和L01等七种型号的助力器的“异响”问题基本得到解决。

    由于将中凸形回位弹簧更改为圆柱形弹簧，弹簧的各项性能可以在设计阶段就得到充分的论证；弹簧的特性和外形尺寸在加工时也可以得到充分的保证；由于圆柱形弹簧加工简单，还可以减少10％～20％的弹簧加工费用。

    通过用中凸形回位弹簧更改为圆柱形弹簧的实践，将来在引进新产品时，一般设计人员都可以通过优化设计的方法，用圆柱形弹簧来代替中凸形弹簧。

    总之，通过“助力器的异响问题及其解决”这个课题的探讨，使得助力器的异响问题得到解决；产品的设计水平得到提高；弹簧的采购成本得到降低。