汽车四轮定位与轮胎调整

转向桥在保证汽车转向功能的同时,还应满足操纵稳定性的要求,即转向轮在遇外力作用发生偏转时,一旦作用的外力消失,应能立即自动回到原来直线行驶的位置。这种自动回正作用是由转向轮的定位参数来保证的。转向轮的定位参数有主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。后轮的定位参数有后轮外倾角和后轮前束。

1.主销后倾角

在汽车的纵向平面内,主销上部有向后倾斜的现象叫主销后倾。主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角γ叫主销后倾角,如图12-26所示。

主销具有后倾角γ时,主销轴线的延长线与路面的交点a位于轮胎与地面接触点b的前面。当前轮偏转而汽车绕一转向轴线O转向时,在前轮上就作用有一个使汽车转向的侧向力P,此力作用在轮胎支承面的中心b。如果转向节主销后倾,其轴线与地面的交点a,将位于b点的前方,这样,侧向力P将对a点产生一个回正力矩M=PL,其方向与车轮偏转方向相反,驱使前轮回到居中位置。前轮的这种自动回正作用,有利于保持汽车直线行驶的稳定性。因此,当汽车在行驶中若遇到较小的侧向力,前轮会在回正力矩的作用下面自动回正。

车速越高,则P值越大;后倾角越大,则L值越大,前轮的稳定效应也越强,特别是在高速和大转弯时,其作用尤为突出。但主销后倾角并不是越大越好,过大会造成转向沉重。一般汽车的转向节主销后倾角为γ=0°～3°。

主销后倾角的获得一般是前轴、钢板弹簧和车架三者装配在一起时,由于钢板弹簧前高后低,使前轴向后倾斜而形成。由此可知,车架变形、钢板弹簧疲劳、转向节松旷、车桥扭转变形等均将使主销后倾角发生变化。

图12-26　转向节主销后倾

图12-27　转向节主销内倾

2.主销内倾角

在汽车的横向平面内主销上部向内倾斜的现象叫主销内倾。主销轴线与地面垂直线在汽车横向平面内的夹角β称为主销内倾角,如图12-27所示。

主销内倾角β也有使车轮自动回正的作用,当转向轮在外力作用下由中间位置偏转一个角度(如图中双点画线所示位置),理论上车轮的最低点将陷入路面以下h距离。但实际上这是不可能的,而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度。此时汽车本身的重力将使转向轮回到原来的中间位置。

主销内倾还使主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小,这可减少转向时加在转向盘上的力,使转向操纵轻便,同时减小从转向轮传到转向盘上的冲击力。但l1值也不宜过小,即主销内倾角不宜过大,否则在车轮绕主销偏转的转向过程中,轮胎与路面间将产生较大的滑动,轮胎与路面间的摩擦阻力将增大。造成转向沉重,轮胎磨损加剧。一般内倾角β不大于8°,距离l1一般为40～60mm。

主销内倾角是在前梁设计中保证的。机械加工时,将前梁两端主销孔轴线上端向内倾斜就形成内倾角β。(https://www.xing528.com)

如前所述,主销后倾和主销内倾都有使汽车转向自动回正,保持直线行驶的作用。但主销后倾角的作用与车速有关,主销内倾角的作用几乎与车速无关。因此,高速时主销后倾角的回正作用居主导地位,而低速时则主要靠内倾起回正作用。此外,汽车直线行驶时前轮偶尔遇到冲击而偏转时,也主要靠主销内倾起回正作用。

3.前轮外倾角

前轮安装在车桥上时,其旋转平面上方略向外倾斜的现象称为前轮外倾。通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角α称为前轮外倾角,α也具有定位作用,如图12-28所示。如果空车时车轮的安装正好垂直于路面,则满载时,车桥将因承载变形而可能出现车轮内倾,这将加速汽车轮胎的偏磨损。另外,路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂的轴向分力,将使轮毂压向轮毂外端的小轴承,加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷,降低了它们的使用寿命。因此,为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷,安装车轮时应使车轮有一定的外倾角,以防止车轮内倾。同时,车轮有了外倾角也可以与拱形路面相适应。但是,外倾角也不宜过大,否则会使轮胎产生偏磨损。

前轮的外倾角是在设计转向节时确定的。设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成一角度而获得(一般α为1°左右)。

图12-28　前轮外倾

图12-29　前轮前束

4.前轮前束

汽车两个前轮安装后,在通过车轮轴线而与地面平行的平面内,两车轮前端略向内束的现象称为前轮前束。左右两轮前边缘距离B小于后边缘距离A,A-B之差称为前轮前束值,如图12-29所示。

前轮前束是为了消除车轮外倾带来的不良影响。因前轮外倾,在滚动时将导致两侧车轮向外滚开。由于转向横拉杆和车桥的约束使车轮不可能向外滚开,车轮将在地面上出现边滚边滑的现象,从而增加了轮胎的磨损。当两车轮具有前束时,两车轮向前滚动时会产生向内侧的滑动。这样前束引起的滑动可以抵消外倾引起的滑动,从而基本保证两前轮无滑动的向前运动。

前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。检查调整时可根据规定的测量位置和测量方法使两前轮的前后距离之差符合要求。

5.后轮的外倾角和前束

随着道路条件的改善,现代轿车的行驶速度愈来愈高,对前轮驱动汽车和独立后悬架汽车,如果后轮定位不当,即使前轮定位良好,仍然会有不良的操纵性和轮胎早期磨损。后轮定位的内容主要包括后轮外倾与后轮前束。其作用与原理与前轮定位相同,目的是为了实现车轮与路面间的纯滚动,使前后轮胎行驶轨迹重合,提高高速行驶的操纵稳定性。