汽車前輪定位參數(shù)設(shè)計

孫飛豹，毋師平

(沈陽工學(xué)院，遼寧 沈陽 113122)

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汽車前輪定位參數(shù)設(shè)計

孫飛豹，毋師平

(沈陽工學(xué)院，遼寧 沈陽 113122)

本文通過對汽車前輪定位參數(shù)力學(xué)分析，論述了前輪定位結(jié)構(gòu)參數(shù)對直線行駛穩(wěn)定性和操縱輕便性作用原理，進(jìn)而明確了設(shè)置前輪定位參數(shù)的必要性，并給出了前輪定位參數(shù)的設(shè)計原則及限值。

前輪外傾；主銷內(nèi)傾；主銷后傾；前輪前束

1 前言

汽車前輪定位參數(shù)對汽車直線行駛穩(wěn)定性、行駛安全性、操縱性、轉(zhuǎn)向輕便性及輪胎壽命影響極大，根據(jù)機動車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),合理選擇前輪定位參數(shù)及其結(jié)構(gòu)形式、是實現(xiàn)整車綜合性能設(shè)計優(yōu)化的一個重要環(huán)節(jié)。

2 車輪外傾角α

車輪外傾角是車輪中心平面相對于垂直面的傾角。站在汽車前面向后看，如圖1所示，車輪外傾角有正、負(fù)之分。較早的車輛常具有較大的正外傾角，其目的是保證車輪垂直于當(dāng)時的表面弧度較大的單車道路面。商用車空車時車輪有外傾角要求，而當(dāng)滿載時由于前軸受載變形，車輪外傾角明顯減小。

圖1 汽車前輪定位參數(shù)示意圖

在現(xiàn)代汽車上，前輪外傾角通常為0°或+1°以內(nèi)的小角度。具有外傾角的車輪趨向于向其傾斜的方向滾動，從而產(chǎn)生一個側(cè)向力(外傾側(cè)向力)，它對轉(zhuǎn)向車輪具有如下兩個有益的作用：

(1)趨向于抵消由路面不平而作用到車輪上的不大的側(cè)向力。

(2)在轉(zhuǎn)向連桿系中施加一個小的側(cè)向預(yù)加載荷，有利于消除其中的間隙。

因而，其總的作用是提高汽車直線行駛的穩(wěn)定性。

3 主銷內(nèi)傾角β

主銷內(nèi)傾角β是前輪的旋轉(zhuǎn)軸線(主銷軸線)相對于垂直線的傾角，如圖1所示。在非獨立懸架前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，確實有主銷存在，前輪在轉(zhuǎn)向時就繞著它旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線與主銷的軸線重合。

但是在獨立懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，不存在主銷這個零件。采用不等長雙橫臂式懸架中，主銷軸線是上、下球頭銷中心的連線；在麥弗遜懸架中，轉(zhuǎn)向時車輪的主銷軸線是減振器總成的上支點中心和懸架橫擺臂球銷中心的連線。

主銷內(nèi)傾角對改善汽車的操縱性是有利的。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪繞傾斜的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時，汽車的前部被稍稍抬起，勢能增大，有降低高度的趨勢。這樣就對轉(zhuǎn)向輪施加一個回正力矩，而且這種趨勢在汽車向前和向后行駛中都存在。在現(xiàn)代汽車中，主銷內(nèi)傾角的范圍在6°～12°之間。

4 主銷偏移距

主銷偏移距是主銷軸線與地面的交點和車輪中心線與地面的交點之間的距離，如圖1所示。主銷偏移距也有正負(fù)之分，如果偏移距在車輪中心線與地面交點的內(nèi)側(cè)，為正；如果在外側(cè)，則為負(fù)。設(shè)計主銷偏移距的主要目的是減小停車轉(zhuǎn)向力。

在一些比較新型的汽車中采用負(fù)偏移距。其優(yōu)點是在一個輪胎放氣或左、右車輪上制動力不相等時，具有抵抗汽車改變行駛方向的能力。但當(dāng)偏移距為正時，不具有這種特性。

當(dāng)主銷軸線與地面的交點和輪胎在地面上的印跡中心重合時，偏移距為零，這種轉(zhuǎn)向稱為中心點轉(zhuǎn)向(其主銷內(nèi)傾角一般不小于10°而當(dāng)偏移距為負(fù)時，主銷內(nèi)傾角更大)。

中心點轉(zhuǎn)向的一個重要優(yōu)點在于制動力和驅(qū)動力(在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋情況下)對主銷軸線均無轉(zhuǎn)矩作用，因為它們都通過輪胎在地面上的印跡中心。其缺點在于停車轉(zhuǎn)向阻力較大。

5 主銷后傾角γ

主銷后傾角γ是轉(zhuǎn)向車輪的旋轉(zhuǎn)軸線相對于垂直線(從汽車側(cè)面看，如圖1所示)的傾角。主銷后傾角也有正、負(fù)之分。正的主銷后傾角的作用是使主銷軸線與地面的交點位于輪胎接地印跡中心之前，二者之間的距離稱為機械拖距。汽車在轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向車輪上作用有側(cè)向力，引起彈性輪胎出現(xiàn)側(cè)偏角。地面對輪胎作用的側(cè)向力的合力作用點位于輪胎的地面印跡中心之后。側(cè)向力合力作用點與輪胎的地面印跡中心的距離，稱為輪胎拖距。

在現(xiàn)代裝有子午線輪胎的車輛上，其主銷后傾角的范圍大致為-1°～+3°，也有采用+6°的。但在后置發(fā)動機的汽車中，由于前輪負(fù)荷較輕，輪胎拖距較小，為提供足夠的回正力矩，往往采用更大的主銷后傾角。

6 前束和反前束

在汽車的俯視圖上，如圖1所示；反前束使兩個前輪的中心線向汽車前方發(fā)散。在實際中，前束和反前束是用在車輪輪輞最前點和最后點之間的距離之差表示，一般為0～5mm。

在前輪不是驅(qū)動輪時，往往設(shè)置前束。

對前輪驅(qū)動汽車，當(dāng)主銷偏移距為正時，往往設(shè)置反前束。

7 結(jié)束語

正確的前輪定位參數(shù)設(shè)計具有以下特點；保證可靠地承受車輪所受的各種力和力矩,使轉(zhuǎn)向輪受干擾后回正能力強、響應(yīng)快速、運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。轉(zhuǎn)向輪的擺振應(yīng)盡可能小，以保證汽車的正常、穩(wěn)定行駛。對前輪驅(qū)動汽車，當(dāng)主銷偏移距為正時，應(yīng)設(shè)置反前束。

[1] 余志生主編.汽車?yán)碚?第5版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2] 劉惟信主編.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版杜，2001.

孫飛豹(1959.4-)，男，漢族，遼寧沈陽人，高級工程師(副教授)，本科，沈陽工學(xué)院，研究方向：汽車設(shè)計，汽車操縱穩(wěn)定性研究，汽車?yán)碚摻虒W(xué) 毋師平(1959.12-)，女，漢族，遼寧丹東，教授，本科，遼寧廣播電視大學(xué)丹東分校，研究方向:機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、機械設(shè)計理論教學(xué)。

TH122

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1671-1602(2016)20-0075-01