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转向节定位参数

日期:2015-11-23


     为了保持汽车直线行驶的稳定性、转向的轻便性和减小轮胎与机件间的磨损,转向轮、转向节和前轴三者之间与车架必须保持一定的相对位置,这种具有一定相对位置的安装称为转向轮定位,也称前轮定位。正确的前轮定位应做到:可使汽车直线行驶稳定而不摆动;转向时转向盘上的作用力不大;转向后转向盘具有自动回正作用;轮胎与地面间不打滑以减少油耗,延长轮胎使用寿命。前轮定位包括主销后倾、主销内倾、前轮外倾及前轮前束。

 
主销后倾角
 
主销在汽车的纵向平面内,其上部有向后的一个倾角γ,即主销和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角,如图所示。
主销后倾角
主销后倾角
主销后倾角γ能形成回正的稳定力矩,当主销具有后倾角γ时,主销轴线和路面的交点将位于车轮与路面接触点的前面。当汽车直线行驶时,若转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转(向右偏转如图箭头所示),将使汽车行驶方向向右偏离。这时,由于汽车本身离心力的作用,在车轮与路面接触点b处,路面对车轮作用着一个侧向反力 。反力对车轮形成一个绕主销轴线作用的力矩L,其方向正好与车轮偏转方向相反。在此力矩的作用下,将使车轮回到原来的中间位置,从而保证汽车稳定直线行驶,故此力矩称为回正力矩。
但此力矩也不宜过大,否则在转向时为了克服该稳定力矩,驾驶员要在转向盘上施加较大的力(即所谓的转向沉重)。因稳定力矩的大小取决于力臂L的大小,而力臂L的大小取决于后倾角γ的大小。
现在一般采用的γ角不超过2-3°。现代高速汽车由于轮胎气压降低、弹性增加,而引起稳定力矩增大。因此,γ角可以减小到接近于零,甚至为负值。
主销内倾角
 
主销在汽车的横向平面内,其上部向内倾斜一个β角(即主销轴线与地面垂直线在汽车横向平面内的夹角)成为主销内倾角。
主销内倾角和车轮外倾角
主销内倾角和车轮外倾角
主销内倾角β也有使车轮自动回正的作用,如图所示。当转向轮在外力作用下由中间位置偏转一个角度时,车轮的最低点将陷入路面以下。但实际上车轮下边缘不可能陷入硬路面以下,而是将转向轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的角度。这样,汽车本身的重力有使转向轮回到原来中间位置的效应。
此外,主销的内倾还使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线距离c减小,从而可减小转向时驾驶员加在转向盘的力,使转向操纵轻便,同时也可以减小从转向轮传到转向盘的冲击力。但c值也不宜过小,即内倾角不宜过大,否则在转向时车轮绕主销偏转的过程中,轮胎与路面间将产生较大的滑动,因而增加了轮胎与路面间的摩擦阻力。这不仅是转向变得沉重,而且加速了轮胎的磨损。因此,一般内倾角β不大于8°,距离c一般为40-60mm。
主销内倾角是在前梁设计中保证的,由机械加工来实现。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。
车轮外倾角
 
除上述主销后倾角和内倾角两个角度保证汽车稳定直线行驶外,车轮外倾角α也具有定位作用。α是通过前轮中心的汽车横向平面与前轮平面的交线与地面垂线之间的夹角,如图4(a)、(c)所示。如果空车时前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前轮内倾,这将加速轮胎的偏磨损。另外,路面对前轮的垂直反作用力沿轮毂的轴线分力,将使轮毂压向外端的小轴承,加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷,安装前轮时应预先使其有一定的外倾角,以防止前轮内倾。同时,前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,否则也会使轮胎产生偏磨损。
前轮的外倾是在转向节设计中确定的。设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成一角度,该角度即为前轮外倾角α(一般为1°左右)。
前轮前束
 
前轮有了外倾角后,在滚动时就类似于滚锥,从而导致前轮向外滚开。由于转向横拉杆和车桥的约束使前轮不可能向外滚开,前轮将在地面上出现边滚边滑的现象,从而加剧轮胎磨损。为了消除前轮外倾带来的这种不良后果,在安装前轮时,使汽车两前轮的中心面不平行,两轮前边缘间的距离B小于后边缘间的距离A,A-B之差成为前轮前束。这样可使前轮在每一顺势滚动方向接近于向着正前方,从而很大程度上减轻和消除了由于前轮外倾而产生的不良后果。
前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。调整时,可根据各厂家规定的测量位置,使两轮前后距离差A-B符合规定的前束值。一般前束值为0~12mm。测量位置除了如图5所示位置外,还通常取两轮胎中心平面处的前后差值,也可以取两前轮轮辋内侧面处前后的差值。此外,前束也可用前束角表示。