四连杆机构里上V形杆的布置问题.doc

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四连杆机构里上 V形杆的布置问题

四连杆机构里上 V形杆的布置问题

1． 关于 V型杆夹角的选择

（1 从上、下杆受力均匀考虑 ）

推力杆承受纵向力的频次 （驱动、 制动） 比承受侧向力的频次 （转

弯、横坡）要多，我们先分析纵向受力情况，见图 1 。

设上、下杆均平行布置，距地面高度分别为 a 、 b ，作用在地面

上的纵向力为T (制动或驱动力，只是方向相反) ，则上、下杆的杆向

受力为：

多数情况下，布置成 a » 2b ，即有：

这样，为使上、下杆受力均等，采用一根上杆，两根下杆，可得

到合理的结构受力。同时，可以采用上、下杆不等长、不平行的设计，

侧倾时不存在干涉问题。

若上杆采用 V形杆，由两根斜杆组成，其纵向受力情况见图 2 。

上杆也属二力杆件，只承受杆向力 R（不计铰接头扭转刚度和摩

擦） ，合力 R 和分力 F1 / 2 的关系是：
如果要使上杆与下杆在承受纵向力时的杆向力均等，则令：

∴q / 2 = 60° ，q = 120°

这说明采用120° 以下的夹角，在纵向力作用时，上杆受力不会大

于下杆。

（2 从承受侧向力时减轻上杆受力考虑 ）

上杆侧向受力情况见图 3 。二力杆件承受的杆向力为：

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当q = 120° 时， R = 0.577L

为了保证上杆的侧向投影杆长不能太短， 以获得较好的车轴运动

轨迹，q 不可能选太大。现有的 V形杆夹角多数是57° 和 76°，个别的

有 48° 。这几种布置的杆向力分别为：

q = 48° 时， R = 1.23L

q = 57°时， R = 1.05L

q = 76° 时， R = 0.812L

显然，夹角q 越大，V形杆在承受侧向力时杆向力越小，但承受

纵向力时杆向力越大。若与下杆受力情况对比，V形杆有富裕的承载

能力，所以q 角应尽可能选大些。当然，对于有车架纵梁结构的，V

形杆的固定端往往要布置在纵梁外侧。

2． 关于 V形杆固定端、活动端跨距的选择

（1 固定端跨距大，活动端小（倒八字） ）

多数设计采用这种布置，见图 4 由于下纵杆平行于汽车纵轴线， 。

其瞬心在无穷远，故对侧向运动没有约束。上 V形杆的交点O 为车轴

相对车身的瞬时转动中心，由它约束两者的侧向和纵向运动，即，车

轴只能绕该点相对车身作水平转动。但由于纵杆的杆向约束，限制了

两者的相对水平转动，也就是说，上、下杆共同约束了车轴对车身的

侧向和纵向运动。以上分析只是对刚性、无间隙的铰接头来讲是正确

的。

现代的悬架推力杆铰接头普遍采用橡胶衬套， 杆向、
沿 垂直杆向、

以及扭转都有一定弹性。以下来分析这种弹性约束的影响。

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从图 4可见，车轴承受侧向力 L 时，对瞬心 O 产生一个力矩

M = L × m 。因为偏距m 不大，所以偏转力矩也不大，相应的弹性变形

也较小，即，上杆的切向位移u 较小。

其次，下杆活动端距瞬心也较近，因此，其切向位移 v 及其纵向、

侧向位移分量 x 、y 也较小。这就是，车轴相对车身的偏转位移较小。

还有，下纵杆活动端至瞬心的连线与汽车横轴线的交角a 较小，

使切向位移 v 沿杆向（纵向）的分量 x 相对较大。而推力杆杆向约束

（即刚度）比侧向约束要大得多，所以下纵杆能更有效地控制车轴的

偏转及侧移。

总之，这种布置对车轴的偏转、侧移提供了较强的约束。

（2 固定端跨距小，活动端大（正八字） ）

少数设计采用这种布置，见图 5 。行驶中出现强烈摆振现象，以

致设计被否定。

从图 5可见，车轴承受侧向力 L 时，由于偏距 m 很大，对瞬心O 的

偏转力矩 M = L × m也大，所有的偏转变形即切向位移u 、v 及其分量 x 、

y 均较大。

此外，下纵杆活动端至瞬心的连线与汽车横轴线的交角a 很大，

使切向位移 v 沿杆向（纵向）的分量 x 相对较小，而侧向位移分量 y 相

对较大。因为推力杆杆向约束强，侧向约束弱，结果是下杆对偏转及

侧移的控制变差。

总之，这种布置对车轴的偏转、侧移的约束力较差。

3． 结论

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