五連桿式非獨立懸架受力分析及應(yīng)用案例分析

馬昭，郭森懷

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

五連桿式非獨立懸架是螺旋彈簧作為彈性元件的非獨立懸架的基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于轎車后懸架，微型車后懸架以及四驅(qū)越野車前后懸架，貨車底盤后懸架常見的人字形導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)可以稱之為四連桿懸架，實際上就是五連桿的變形結(jié)構(gòu)，人字形上臂兼顧起到了橫向推力桿的作用，在輕型越野車前后懸架及進(jìn)口皮卡車前懸架上常用的雙縱臂式非獨立懸架亦是五連桿式非獨立懸架的變形結(jié)構(gòu)。因此，五連桿式非獨立懸架是基礎(chǔ)，只有掌握了五連桿式非獨立懸架結(jié)構(gòu)，其他變形結(jié)構(gòu)的問題會迎刃而解。

1 五連桿式非獨立懸架螺旋

1.1 彈簧的受力分析及載荷計算

五連桿式非獨立懸架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由四個縱臂及一個橫向穩(wěn)定桿組成，其中橫向穩(wěn)定桿承受側(cè)向力，四個總臂承受驅(qū)動力及制動力等沿著汽車縱向的力。螺旋彈簧一般有兩種布置形式：①螺旋彈簧布置在橋殼上；②螺旋彈簧布置在縱臂上。第①種情況一般用在中型以上的越野車上，對整車高度要求不嚴(yán)格；第②種一般用在微型車、轎車后懸架及皮卡的前懸架，對整車高度要求嚴(yán)格。

在確定通過彈簧所傳遞的靜載荷F時，僅研究下面一對臂就夠了。

Nh為后輪載荷；Uh為后簧下載荷。

圖1

以上情況僅適用于螺旋彈簧垂直布置的情況如圖 1所示，如果螺旋彈簧布置與整車縱向及橫向都有夾角，且分別為?與ξ，且夾角都小于15°時，如圖2可以應(yīng)用近似公式iy=b/（a cos ξ ·cos? )；

圖2

1.2 五連桿式非獨立懸架縱臂受力分析及計算

當(dāng)確定縱臂同車身及橋殼連接處的縱向作用力，應(yīng)利用作用在車輪與路面接觸點處的垂直力和縱向力：

K為車輪動載系數(shù)；

LA1為縱向牽引力；

由于上臂布置成一定角度，所以，為了求解，需要下列方程：

為確定控制臂鉸接中的力，應(yīng)該將控制臂與橋殼分離，并且將縱向力與垂直力一起考慮。

圖3

因為垂直力和縱向力都是非交變載荷，所以確定作用力的上限值就足夠了。

如圖3所示，下臂對縱向平面布置成β角，為了計算其強度，除了確定分配到下臂前支承中的力Du和Dv外，還應(yīng)把上面計算得到的By和Bz值分解成同臂相關(guān)的U和V方向上的分力。

因此：

兩個車輪產(chǎn)生的側(cè)向力由橫向推力桿承受，該拉桿受拉、壓和縱向彎曲載荷。通過拉桿傳遞持續(xù)作用的力：

其中μF1為側(cè)向力系數(shù)；

1.3 五連桿非獨立懸架的變形結(jié)構(gòu)受力分析

由上面所提到的，有些布置中將上臂逐漸演化成人字形三角結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)省掉了橫向推力桿，側(cè)向力直接由人字形上臂承受。

對于上臂為人字形三角形的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該使得k盡量大，即上臂夾角盡可能大，上臂自身材料長度應(yīng)盡可能短，這樣上臂承受的側(cè)向力大，懸架穩(wěn)定性變高。

雙縱臂結(jié)構(gòu)，下縱臂除了自身剛度強度需要滿足要求外，下縱臂與橋或者扭力梁的連接變得尤為重要，尤其對于驅(qū)動橋，驅(qū)動力及制動力引起的橋殼打轉(zhuǎn)，都需要下縱臂的連接點去承擔(dān)，一般采用焊接或者兩點以上襯套螺栓連接，否則橋自身的打轉(zhuǎn)下縱臂是控制不了的。

1.4 五連桿非獨立懸架及變形結(jié)構(gòu)應(yīng)用實例

①圖4為五菱宏光后懸架總成實物圖，懸架為五連桿非獨立懸架，懸架桿系由兩個下縱臂，兩個上縱臂及一個橫向推力桿組成。彈簧布置在下縱臂上，以達(dá)到降低整車高度的目的。各個拉桿的鉸接采用圓柱形襯套。

圖4

圖5

②圖5為進(jìn)口福特F550皮卡前懸架結(jié)構(gòu)，懸架桿系由兩下縱臂和橫向推力桿組省掉了上縱臂，其結(jié)構(gòu)簡單，大大降低了前驅(qū)動橋與整車底板的距離，使得整車高度降低，布置緊湊。其核心點為兩下縱臂與橋的連接必須牢靠，福特F550下縱臂與橋采用雙點連接樣式，兩點垂直分布，采用圓柱形襯套連接，能很好抵消橋自身的翻轉(zhuǎn)。下縱臂采用沖壓焊接件，大大減輕了縱臂本身的重量，提高了縱臂本身的設(shè)計靈活性。

2 結(jié)論

五連桿懸架是螺旋簧非獨立懸架的基本結(jié)構(gòu)，使用廣泛，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，目前廣泛用于后驅(qū)型的微型車后懸架，由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，螺旋簧舒適性優(yōu)于鋼板彈簧懸架等特點，受到了廣大用戶的歡迎，因此此懸架結(jié)構(gòu)的微型車已占到了微型車市場的半壁江山。

另外五連桿懸架的變形結(jié)構(gòu)—雙縱臂結(jié)構(gòu)，在輕型越野車以及皮卡前懸架上得到了廣泛應(yīng)用，也成為螺旋簧非獨立懸架的主要應(yīng)用結(jié)構(gòu)。

因此，螺旋簧非獨立懸架在實際應(yīng)用中，如果懸架連桿布置空間充足，建議使用五連桿基本型結(jié)構(gòu)，其特點結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，連桿制造工藝簡單，連桿與橋為單點連接，裝配簡單。如果懸架連桿布置空間不足，退而求其次選擇雙縱臂懸架結(jié)構(gòu)，只要保證縱臂與橋兩點連接，且連接牢固可靠即可。