五连杆式非独立悬架受力分析及应用案例分析

2018-10-22马昭郭森怀

汽车实用技术 2018年19期

马昭，郭森怀

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

前言

五连杆式非独立悬架是螺旋弹簧作为弹性元件的非独立悬架的基础性结构，广泛应用于轿车后悬架，微型车后悬架以及四驱越野车前后悬架，货车底盘后悬架常见的人字形导向臂结构可以称之为四连杆悬架，实际上就是五连杆的变形结构，人字形上臂兼顾起到了横向推力杆的作用，在轻型越野车前后悬架及进口皮卡车前悬架上常用的双纵臂式非独立悬架亦是五连杆式非独立悬架的变形结构。因此，五连杆式非独立悬架是基础，只有掌握了五连杆式非独立悬架结构，其他变形结构的问题会迎刃而解。

1 五连杆式非独立悬架螺旋

1.1 弹簧的受力分析及载荷计算

五连杆式非独立悬架基础结构由四个纵臂及一个横向稳定杆组成，其中横向稳定杆承受侧向力，四个总臂承受驱动力及制动力等沿着汽车纵向的力。螺旋弹簧一般有两种布置形式：①螺旋弹簧布置在桥壳上；②螺旋弹簧布置在纵臂上。第①种情况一般用在中型以上的越野车上，对整车高度要求不严格；第②种一般用在微型车、轿车后悬架及皮卡的前悬架，对整车高度要求严格。

在确定通过弹簧所传递的静载荷F时，仅研究下面一对臂就够了。

Nh为后轮载荷；Uh为后簧下载荷。

图1

以上情况仅适用于螺旋弹簧垂直布置的情况如图 1所示，如果螺旋弹簧布置与整车纵向及横向都有夹角，且分别为ϑ与ξ，且夹角都小于15°时，如图2可以应用近似公式iy=b/（a cos ξ ·cosϑ )；

图2

1.2 五连杆式非独立悬架纵臂受力分析及计算

当确定纵臂同车身及桥壳连接处的纵向作用力，应利用作用在车轮与路面接触点处的垂直力和纵向力：

K为车轮动载系数；

LA1为纵向牵引力；

由于上臂布置成一定角度，所以，为了求解，需要下列方程：

为确定控制臂铰接中的力，应该将控制臂与桥壳分离，并且将纵向力与垂直力一起考虑。

图3

因为垂直力和纵向力都是非交变载荷，所以确定作用力的上限值就足够了。

如图3所示，下臂对纵向平面布置成β角，为了计算其强度，除了确定分配到下臂前支承中的力Du和Dv外，还应把上面计算得到的By和Bz值分解成同臂相关的U和V方向上的分力。

因此：

两个车轮产生的侧向力由横向推力杆承受，该拉杆受拉、压和纵向弯曲载荷。通过拉杆传递持续作用的力：

其中μF1为侧向力系数；

1.3 五连杆非独立悬架的变形结构受力分析

由上面所提到的，有些布置中将上臂逐渐演化成人字形三角结构，该结构省掉了横向推力杆，侧向力直接由人字形上臂承受。

对于上臂为人字形三角形的结构，应该使得k尽量大，即上臂夹角尽可能大，上臂自身材料长度应尽可能短，这样上臂承受的侧向力大，悬架稳定性变高。

双纵臂结构，下纵臂除了自身刚度强度需要满足要求外，下纵臂与桥或者扭力梁的连接变得尤为重要，尤其对于驱动桥，驱动力及制动力引起的桥壳打转，都需要下纵臂的连接点去承担，一般采用焊接或者两点以上衬套螺栓连接，否则桥自身的打转下纵臂是控制不了的。

1.4 五连杆非独立悬架及变形结构应用实例

①图4为五菱宏光后悬架总成实物图，悬架为五连杆非独立悬架，悬架杆系由两个下纵臂，两个上纵臂及一个横向推力杆组成。弹簧布置在下纵臂上，以达到降低整车高度的目的。各个拉杆的铰接采用圆柱形衬套。

图4

图5

②图5为进口福特F550皮卡前悬架结构，悬架杆系由两下纵臂和横向推力杆组省掉了上纵臂，其结构简单，大大降低了前驱动桥与整车底板的距离，使得整车高度降低，布置紧凑。其核心点为两下纵臂与桥的连接必须牢靠，福特F550下纵臂与桥采用双点连接样式，两点垂直分布，采用圆柱形衬套连接，能很好抵消桥自身的翻转。下纵臂采用冲压焊接件，大大减轻了纵臂本身的重量，提高了纵臂本身的设计灵活性。